Altermagnetismus: Was der neue Beleg für die dritte Art von Magnetismus bedeutet

Forschende des SLAC National Accelerator Laboratory der Stanford University berichten im Fachjournal Science, dass der Werkstoff Mangantellurid Eigenschaften zeigt, die sich ohne Altermagnetismus theoretisch nicht erklären lassen. Der entscheidende Hinweis ist eine Händigkeit in der Anordnung der Elektronenspins, Fachleute sprechen von Chiralität. „Wir glauben, dass unsere Ergebnisse eine robuste experimentelle Bestätigung liefern, dass diese dritte Phase, der Altermagnetismus, real ist“, sagt Erstautor Daniel Jost laut der Mitteilung des SLAC vom 29. Oktober.

Bedeutsam ist das, weil Altermagnete zwei Eigenschaften vereinen, die bisher getrennt waren. Nach außen haben sie keine Magnetisierung und sind dadurch stabil gegenüber Störungen. Trotzdem können sie spinpolarisierte Ströme erzeugen, mit denen sich Informationen auslesen lassen. Das macht sie für die Spintronik interessant, eine Elektronik, die neben der elektrischen Ladung auch den Spin der Elektronen nutzt.

Lange kannte die Physik zwei große Familien. In Ferromagneten, etwa einem Kühlschrankmagneten, sind die Spins gleich ausgerichtet und addieren sich zu einem nach außen messbaren Magnetfeld. Für Datenspeicher hat das laut SLAC einen Nachteil: Ferromagnete lassen sich durch äußere Magnetfelder leicht stören, gespeicherte Bits können kippen. In Antiferromagneten heben sich die Spins gegenseitig auf. Sie sind stabil, für das Auslesen von Informationen aber praktisch unsichtbar.

Altermagnete verbinden laut Jost „das Beste aus beiden“. Der Begriff wurde erst 2022 vorgeschlagen. Mangantellurid galt jahrzehntelang als Antiferromagnet, bevor vor wenigen Jahren der Verdacht aufkam, dass es sich um einen Altermagneten handelt.

Für die Messung nutzte das Team zirkular polarisiertes Röntgenlicht, also Licht, dessen Schwingung sich links- oder rechtsherum dreht. Die Experimente fanden an der Messstation ID32 der Europäischen Synchrotronstrahlungsanlage ESRF im französischen Grenoble statt. Ein erster Versuch lief 2024, Anfang 2025 wiederholte das Team die Messungen.

„Diese chirale Signatur hat uns die solide experimentelle Grundlage gegeben, um zu sagen, dass der Altermagnetismus eine eigene Klasse bildet“, sagt Jost. Mitautorin Rachel Nickel von der ESRF ergänzt, die Technik habe bestätigt, dass Mangantellurid tatsächlich altermagnetische Eigenschaften zeige. Finanziert wurde die Arbeit unter anderem vom Office of Science des US-Energieministeriums.

An der Erforschung des Altermagnetismus in Mangantellurid ist auch Forschung aus Österreich beteiligt. Wie die Johannes Kepler Universität Linz im Februar 2024 mitteilte, stellte die Gruppe für Halbleiterphysik um Gunther Springholz Kristalle aus Mangantellurid für eine im Fachjournal Nature veröffentlichte Studie her. Die Proben wurden im Reinraum der JKU unter Ultrahochvakuum gezüchtet und in einem batteriebetriebenen Vakuumkoffer zum Synchrotron des Paul Scherrer Instituts in die Schweiz gebracht.

Dort gelang mit Photoemissionsspektroskopie der erste direkte Nachweis der für Altermagnete typischen Aufspaltung der Elektronenbänder nach Spin. „Damit ergeben sich spannende Anwendungsbereiche, zum Beispiel bei der Speicherung von Daten“, sagte Springholz damals. Die neue Arbeit aus Kalifornien ergänzt diesen Befund um die chirale Signatur.

Laut SLAC gelten Altermagnete als Kandidaten für Quantentechnologien, Speicherbausteine und Rechenzentren. Konkrete Bauteile oder einen Zeitplan nennt das Team nicht. Die Arbeit ist Grundlagenforschung: Sie liefert vor allem den Nachweis, dass es sich beim Altermagnetismus um eine eigenständige magnetische Phase handelt und nicht um eine Spielart des Antiferromagnetismus.

SLAC National Accelerator Laboratory: SLAC researchers find proof of altermagnetism, a new magnetic phase (29. Oktober 2026)

Johannes Kepler Universität Linz: JKU-Proben im Vakuumkoffer transportiert: Internationales Projekt entdeckt neue Form von Magnetismus (22. Februar 2024)