Manchmal finden theoretische Modelle erst viel später praktische Anwendung. So kombinierten in den 1970er Jahren Carl Liu und Michael Fisher zwei effiziente feldtheoretische Beschreibungen von Phasenübergängen in Materialien und stellten fest, dass das erweiterte System neue, exotische Zustandsänderungen implizierte. Diese entpuppten sich Jahre später als exakte Beschreibung des Übergangs zwischen widerstandloser und isolierender Phase in Hochtemperatursupraleitern. In ähnlicher Weise haben nun Franz Wegner und Alexej Weber aus Heidelberg in Zusammenarbeit mit Yuri Pismak aus St. Petersburg neue hypothetische Phasenübergänge in bislang unbekannten Materialien entdeckt.

Die Forscher erweiterten das Modell von Liu und Fisher, indem sie so genannte „frustrierte Spins“ in die Gleichungen einbezogen. Physiker bezeichnen damit Spins von Elektronen in Festkörpern, die wegen konkurrierender Wechselwirkungen Schwierigkeiten haben, sich optimal auszurichten. Solche Systeme zeigen ungewöhnliche Phänomene; zum Beispiel klingt die Magnetisierung nach dem Abschalten eines externen Magnetfelds auf untypische Weise ab.

Wie sich herausstellte, reproduziert die auf frustrierte Spins erweiterte Theorie nicht nur die exotischen Phasenübergänge von Liu und Fisher, sondern beinhaltet weitere Lösungen. Da erstere inzwischen ein Gegenstück in der realen Welt gefunden haben, erwartet die deutsch-russische Gruppe, dass auch die neuen Lösungen tatsächliche physikalische Phänomene beschreiben – und ist gespannt darauf, um welche es sich handelt und in welchen Materialien sie auftreten werden.

Vera Spillner