An einem windigen Nachmittag im Herbst 2025 arbeitete die Doktorandin Jiaruo Li in einem Labor am Massachusetts Institute of Technology. Während um sie herum die Kühlpumpen dröhnten, versuchte sie, einen neuen Speicher für digitale Daten zu entwickeln. Ihr Ziel war es, eine im Vorjahr entdeckte, ungewöhnliche Form des Magnetismus zu nutzen, um das Gerät schneller und energieeffizienter zu machen als jede bisherige Technologie. Genau zur richtigen Zeit, angesichts des aktuellen KI-Booms und der damit steigenden Nachfrage an Rechenzentren und Strom.

Doch dafür musste Li die sprichwörtliche Nadel im Heuhaufen finden: ein kaum sichtbares Flöckchen Nickelbromid von lediglich atomarer Dicke. Auf dem Weg dorthin hatte sie zunächst ein Glasröhrchen mit Nickelbromidpulver zehn Tage lang bei hohen Temperaturen in einem computergesteuerten Ofen erhitzt, wodurch ein daumennagelgroßer Kristall der gewünschten Verbindung entstand. Anschließend brachte sie ein spezielles Klebeband auf den Kristall auf, zog es ab und übertrug die daran haftenden Nickelbromid-Flöckchen auf einen glänzenden Siliziumwafer.

Nun hielt sie den Wafer gegen das Licht und betrachtete die Tausenden winzigen goldenen Kristalle vor einem violett schimmernden Hintergrund. »Von all diesen«, sagte sie, »werden nur ein oder zwei dünn genug sein.«

Nickelbromid ist eine verwandte Verbindung von Nickeljodid, das im Frühjahr 2025 Schlagzeilen machte, weil es als erster Stoff »p-Wellen-Magnetismus« zeigte – ein Phänomen, das Fachleute Anfang 2024 erstmals vorhergesagt hatten. Solche p-Wellen-Magnete weisen seltsame Merkmale auf, die herkömmlichen Magneten fehlen. Zum Beispiel beeinflussen sie die magnetischen Eigenschaften der Elektronen, die durch sie hindurchfließen.

Dieser Durchbruch war nur der jüngste in einer Reihe von Enthüllungen der letzten Jahre, die mit der Entdeckung einer völlig neuen Klasse von Magneten begann: den Altermagneten. Diese bisher unbekannte Form von Magnetismus überraschte viele Fachleute. Altermagnete könnten nicht nur die Computerhardware revolutionieren, sondern auch unser Verständnis der Physik von Magneten neu definieren. Besonders bemerkenswert ist dabei, dass die neuen Magnete eigentlich gar nicht neu sind. Viele bestehen aus bekannten, umfassend untersuchten Verbindungen, von denen sich niemand mehr Überraschungen erhoffte. Und doch besitzen sie erstaunliche Fähigkeiten, die sich durch einfache Geometrie erklären lassen.

Der Motor der modernen Welt

Die Magnete, die wir aus dem Alltag kennen – etwa jene, mit denen wir Bilder an Kühlschranktüren heften –, werden als Ferromagnete bezeichnet und schon seit prähistorischer Zeit genutzt. Verstanden wurden sie jedoch erst mit der Entwicklung der modernen Quantentheorie in den 1920er-Jahren. Laut dem Physiker Stephen Blundell von der University of Oxford könnte die Entstehung der Quantenmechanik selbst auf die Beobachtung des Magnetismus zurückgehen. Niels Bohr und Hendrika Johanna van Leeuwen bewiesen unabhängig voneinander in den 1910er-Jahren – noch bevor die moderne Quantentheorie entwickelt wurde –, dass Magnetismus mit der klassischen Physik unvereinbar ist.

Das Phänomen der Magnetisierung beruht auf einer quantenmechanischen Eigenschaft der Elektronen, dem sogenannten Spin. Dieser verleiht einem Elektron die Eigenschaft, sich wie eine rotierende Ladung zu verhalten und damit ein Magnetfeld zu erzeugen – ähnlich einem winzigen Stabmagneten. Das ist allerdings nur eine Analogie, da Elektronen, soweit bekannt, keine Ausdehnung besitzen.

Wenn sich die Spins vieler Elektronen in einem Festkörper gleich ausrichten, summieren sich die winzigen Magnetfelder zu einem makroskopisch messbaren und bilden einen Ferromagneten. Dessen Magnetisierung zeigt sich in Feldlinien, die sich zum Beispiel durch Eisenfeilspäne darstellen lassen, wenn man sie um den Magneten verstreut.

Ferromagnete sind in der Technik von immenser Bedeutung; Blundell bezeichnet sie als »den Motor der modernen Welt«: In Kraftwerken wandeln rotierende Magnete mechanische in elektrische Energie um, und ein Großteil der in Rechenzentren gespeicherten Bits ist in der Magnetisierung winziger Bereiche ferromagnetischer Festplatten codiert. »Alle Ihre Daten sind in der Cloud gespeichert, und die Cloud besteht ausschließlich aus Magneten«, sagt der Physiker Jairo Sinova von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der eine Schlüsselrolle bei der Entdeckung der Altermagnete spielte.

Das Wesen des Magnetismus liegt in der kollektiven Anordnung der Elektronenspins eines Materials. Neben der in Ferromagneten aufkommenden Struktur gibt es noch andere Varianten des Magnetismus. In den 1930er-Jahren sagte der französische Physiker Louis Néel voraus, dass Kräfte die Spins benachbarter Atome auch dazu bringen könnten, sich entgegengesetzt statt gleich auszurichten. Das würde einem$\uparrow \downarrow \uparrow \downarrow$-Spinmuster entsprechen statt einem$\uparrow \uparrow \uparrow \uparrow$-Muster des Ferromagnetismus. Durch diese abwechselnde Struktur hebt sich die Magnetisierung der Spins auf, sodass ein »Antiferromagnet« kein Magnetfeld hat.

Nachdem Experimente seine Vorhersage bestätigten, erhielt Néel im Jahr 1970 den Nobelpreis für Physik. Auch wenn Antiferromagnete theoretisch »äußerst interessant« seien, sagte Néel in seinem Vortrag zum Nobelpreis, schienen sie aufgrund ihrer fehlenden Magnetisierung keine Anwendungen zu haben. Diese Auffassung sollte sich durch die Entdeckung von Altermagneten ändern.

Ausschlaggebend dafür war ein Phänomen, das Ende der 1980er-Jahre identifiziert wurde. Damals zeigte sich, dass Magnete den elektrischen Widerstand eines Materials beeinflussen können. Wie die Physiker Peter Grünberg und Albert Fert unabhängig voneinander zeigten, lässt sich die Leitfähigkeit eines Geräts steuern, wenn man zwei ferromagnetische Schichten in einem Bauelement parallel anordnet und dann die Ausrichtung ihrer Magnetfelder verändert.

Der Grund: Wenn die Elektronen durch einen Ferromagneten fließen, richten sich ihre Spins nach dessen Magnetisierung aus. Fachleute sagen, der Strom sei »spinpolarisiert«. Ein durch einen Magneten polarisierter Strom fließt leichter durch einen anderen Magneten mit derselben Ausrichtung. Auf diese Weise lässt sich der Widerstand eines Bauelements gezielt einstellen. Der Effekt wird als Riesenmagnetowiderstand (englisch: giant magnetoresistance, kurz GMR) bezeichnet, da ein kleines Magnetfeld ausreicht, das die Magnetisierung einer der beiden ferromagnetischen Schichten dreht, um eine enorme Änderung des Widerstands zu bewirken. 2007 erhielten Grünberg und Fert für ihre Entdeckung den Nobelpreis für Physik.

Mit ihrer Forschung begründeten die beiden Physiker das Gebiet der Spintronik. In diesem wird der Spin genutzt, um Informationen zu speichern und zu übertragen – analog zur Elektronik, die dasselbe mit elektrischer Ladung tut. Die Spintronik sorgte in den 1990er-Jahren für Aufsehen, als die US-amerikanische Firma IBM »Leseköpfe« auf Basis von GMR entwickelte, welche die Daten aus Festplatten extrahieren. Ihre außergewöhnliche magnetische Empfindlichkeit führte zu dichter gepackten Bits und einer 1000-fachen Steigerung der Speicherkapazität von Festplatten. Derselbe Effekt, den man bei GMR nutzt, wird auch verwendet, um Informationen in MRAM-Speichern (englisch: magnetoresistive random-access memory) darzustellen. Diese Geräte haben inzwischen eine Nische in spezialisierten Computerchips gefunden, die in Autos, Haushaltsgeräten und Smartwatches verbaut werden.

Ein Antiferromagnet mit einer seltsamen Eigenschaft

Jahrzehntelang galt die Spinpolarisation vor allem als ein Effekt von Ferromagneten. Die Entdeckung der Altermagnete hat dieses Bild jedoch verändert – und darüber hinaus ein völlig neues Verständnis von Magnetismus eröffnet. Für den Physiker Rafael Fernandes von der University of Illinois Urbana-Champaign wirkt diese Erkenntnis wie ein Aha-Moment: »Es ist wie damals, als ich ein Kind war: Mit 13 Jahren setzte ich erstmals eine Brille auf, und mir wurde klar, wie wenig ich zuvor gesehen hatte.«

Die Geschichte des Altermagnetismus beginnt mit einem Rätsel: einem Antiferromagneten, der eine typisch ferromagnetische Eigenschaft zeigte. Sinova und seine Kollegen, darunter Tomas Jungwirth, Professor am Institut für Physik der Tschechischen Akademie der Wissenschaften, untersuchten 2018 mit mathematischen Methoden die Eigenschaften des Antiferromagneten Rutheniumdioxid. Ihre Berechnungen zeigten etwas Unerwartetes: Das Material sollte demnach einen »anomalen Hall-Effekt« aufweisen. Dieser entsteht, wenn ein stromdurchflossenes Material eine Spannung erzeugt, die viel stärker ist, als man erwarten würde, wenn die Spannung nur durch die Magnetfelder im Material verursacht würde. Dieser Effekt gilt als Kennzeichen für Ferromagnetismus. Doch Rutheniumdioxid ist ein Antiferromagnet – was sollte das Phänomen also verursachen?

Sinova und sein Team hatten den Effekt berechnet, aber sie verstanden ihn nicht. »Was zum Teufel geht hier vor sich?«, erinnert sich Jungwirth gedacht zu haben. Sinova fragte sich, ob es sich um eine unbekannte Art von Magnetismus handeln könnte: »Falls ja, muss man die Symmetrie verstehen, die ihn verursacht.«

Symmetrie ist eine Eigenschaft, die es einem Objekt ermöglicht, bestimmte Transformationen zu durchlaufen, ohne dass sich seine Eigenschaften ändern. Ein Kreis zum Beispiel ist hochsymmetrisch, da man ihn um jeden beliebigen Winkel drehen kann und er trotzdem gleich aussieht. Ein Quadrat weist ebenfalls Symmetrie auf, wenn auch in geringerem Maß: Eine Drehung lässt es nur dann unverändert, wenn der Winkel ein ganzzahliges Vielfaches von 90 Grad ist.

Die Einsicht in die Bedeutung solcher Symmetrien zählt zu den großen Leistungen der Physik des 20. Jahrhunderts. »Im 19. Jahrhundert hatten wir diese drei großen Prinzipien, die sozusagen vom Himmel gefallen sind: Energieerhaltung, Impulserhaltung, Erhaltung des Drehimpulses«, sagt Stephen Blundell. All diese Größen sollten sich nicht ändern, wenn man ein abgeschlossenes System betrachtet. So kann man beispielsweise nicht aus dem Nichts Energie erzeugen. »Aber wir wussten nicht so recht, woher diese Regeln stammen.« Das änderte sich 1918, als die deutsche Mathematikerin Emmy Noether zeigte, dass sich diese drei Erhaltungssätze aus den Symmetrien der physikalischen Gesetze ableiten lassen: Die zugehörigen Gleichungen bleiben unverändert, wenn man Zeitverschiebungen, räumliche Verschiebungen und Rotationen betrachtet. Ungefähr zur gleichen Zeit führte Albert Einsteins Forderung, die Gesetze der Physik müssten unabhängig von der Bewegung eines Beobachters gelten, zu seinen Theorien der speziellen und allgemeinen Relativität. 

Richtig spannend wird es, wenn Symmetrien gebrochen werden. »Hätte das Universum die höchstmögliche Symmetrie, also vollständige Rotationssymmetrie und vollständige Translationssymmetrie, wäre es völlig charakterlos«, sagt Riccardo Comin, der Physiker, der Leiter von Jiaruo Lis Forschungsgruppe am MIT. »Es gäbe kein Leben, keine Planeten, nichts.« Gemäß der Rotationssymmetrie in der Physik, die etwa subatomare Kräfte regelt, gibt es keine ausgezeichnete Richtung im Raum. Doch diese Symmetrien können bei extrem niedrigen Temperaturen spontan brechen: Daraus gehen Phänomene wie Magnetismus hervor, der eine Richtung bevorzugt. »Im Allgemeinen gilt: Je weniger symmetrisch Dinge sind, desto reichhaltiger und vielfältiger sind sie«, erklärt Comin.

Ein Beispiel ist der Vergleich von Ferro- und Antiferromagnetismus: Der Mangel an interessanten und nützlichen Eigenschaften des Letzteren ergibt sich aus der Tatsache, dass Antiferromagnete eine Symmetrie haben, die in Ferromagneten gebrochen ist. Dreht man alle Spins in einem Magneten um, bleibt ein Antiferromagnet im Wesentlichen unverändert, während sich die Magnetisierung eines Ferromagneten umkehrt: seine Nord- und Südpole sind vertauscht. Da man eine solche Spinumkehr als Umkehr der Zeitrichtung ansehen kann (wodurch sich die Richtung der »Rotation« jedes Elektrons umkehrt), sagen Physiker, dass Ferromagnete die Zeitumkehrsymmetrie brechen, Antiferromagnete hingegen nicht.

Natürlich kann man die Zeit nicht wirklich zurückdrehen; allerdings ist das Nachdenken über die daraus resultierenden theoretischen Effekte ein nützliches Gedankenexperiment. Diese Verletzung der Zeitumkehrsymmetrie ermöglicht es Ferromagneten, spinpolarisierte Ströme, den anomalen Hall-Effekt und andere Eigenschaften zu zeigen, die Antiferromagnete nicht haben – oder zumindest nicht zu haben schienen, bis Sinova und seine Mitarbeiter auf den Plan traten.

Libor Šmejkal, ein ehemaliger Student von Sinova und Jungwirth, der heute am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden forscht, erkannte schließlich – nach etlichen komplizierten Berechnungen, für die ein Supercomputer erforderlich war –, dass die Lösung des Rutheniumdioxid-Rätsels in den Formen seiner Atome verborgen lag. Die Rutheniumatome der Verbindung tragen die Spins, die sie magnetisch machen, doch ihre Elektronenwolken werden durch die benachbarten Sauerstoffatome verformt, sodass sie keine Kugel mehr bilden. Wie sich herausstellt, sind die Atomwolken mit Spins einer Richtung um 90 Grad gegenüber jenen mit entgegengesetztem Spin verdreht. Das daraus resultierende Muster aus Spins und Orbitalformen bricht die Zeitumkehrsymmetrie, da eine Spinumkehr den Magneten nicht mehr unverändert lässt.

Darüber hinaus, so beobachtete Šmejkal, behält Rutheniumdioxid eine Symmetrie bei, die ihm spezielle Merkmale verleiht, über die selbst Ferromagnete nicht verfügen. Die Umkehrung seiner Spins (vergleichbar mit einer theoretischen Umkehrung der Zeit) und die anschließende Drehung der Atome des Magneten um 90 Grad bringt die Anordnung von Spins und Orbitalformen wieder in ihren Ausgangszustand zurück. Diese Symmetrie verleiht dem Material die Fähigkeit, spinpolarisierte Ströme zu erzeugen, deren Spins sich mit der Drehung des Stroms abwechseln – das ist die Eigenschaft, nach der Altermagnete benannt sind.

Damit zeigte sich: Entscheidend ist nicht die Magnetisierung selbst, sondern die zugrunde liegende Symmetrie. Wie Antiferromagnete weisen Altermagnete keine Magnetisierung auf, sie haben ein Netto-Magnetfeld von null. Da sie jedoch die Zeitumkehrsymmetrie brechen, besitzen sie viele nützliche Eigenschaften, wie die Fähigkeit, Spins zu polarisieren.

»Es ist wie ein Traum-Magnet: zu schön, um wahr zu sein«Peter Wadley, Physiker

Šmejkal nutzte daraufhin die Gruppentheorie (den Bereich der Mathematik, der Symmetrien beschreibt), um ein System zur Klassifizierung von Magneten zu entwickeln. »Das erwies sich als äußerst fruchtbar«, erzählt Šmejkal, »ich konnte damit alle Materialien systematisch einteilen.« Das System zeigte beispielsweise, dass die drei unterschiedlichen Arten von Magneten (Ferromagnete, Antiferromagnete und die neuen Altermagnete) die einzigen Arten von Magneten sind, deren Spins kollinear oder parallel zueinander sind (in diesen drei Fällen können die Spins nach oben oder unten zeigen, aber niemals schräg zur Seite). Mit dem System ließen sich zudem neue magnetische Stoffe identifizieren. Šmejkal und seine Mitarbeiter fanden mehr als 200 potenzielle Altermagnete, indem sie Datenbanken bekannter Materialien durchsuchten. Viele davon, wie Rutheniumdioxid, waren bereits gut untersucht, und niemand hatte vermutet, dass sie besondere Eigenschaften bergen.

Zu diesem Zeitpunkt war ein Großteil dieser Forschung noch rein theoretischer Natur. Das änderte sich im Jahr 2024, als ein Team unter der Leitung von Juraj Krempasky vom Schweizer Paul-Scherrer-Institut den Altermagnetismus erstmals im Labor bestätigte. Die Forschenden richteten kalibriertes Licht aus einem Synchrotron-Teilchenbeschleuniger auf einen Kristall aus Mangantellurid, um die Energie, den Impuls und den Spin der Elektronen zu messen. Ihre Ergebnisse bewiesen, dass diese Eigenschaften mit den Vorhersagen von Šmejkal und anderen Theoretikern übereinstimmten. »Auch wenn Mangantellurid zu zerbrechlich ist, um kommerziell genutzt zu werden, ist das Resultat vielversprechend für die Spintronik, da es viele andere potenzielle Altermagnete gibt«, sagt der Physiker Peter Wadley von der University of Nottingham, der an dem Experiment mitgearbeitet hat. »Diese Materialien vereinen die Vorteile von Ferromagneten und Antiferromagneten auf so wunderbare Weise«, sagt er, »es ist wie ein Traum-Magnet: fast zu schön, um wahr zu sein.«

Ein universeller Datenspeicher

Der Physiker Qian Song verfolgt ein ehrgeiziges Ziel: eine Speichertechnologie, die alle bisherigen ersetzt. Computer nutzen in der Regel mehrere Varianten: schnelles, aber flüchtiges RAM, das Strom benötigt; langsamere Festkörperlaufwerke, die Daten über längere Zeiträume speichern; und die magnetischen Festplatten, die den Großteil der Cloud ausmachen. Als Doktorand in Riccardo Comins Forschungsgruppe startete Song – heute Postdoc an der University of California in Berkeley – das Projekt, an dem inzwischen Jiaruo Li arbeitet. Song konnte 2025 erstmals die spiralförmige p-Wellen-Variante des Altermagnetismus in Nickeliodid nachweisen und glaubt, dass dies der Schlüssel zu einer universellen Speicherlösung sein könnte. »Warum brauchen wir all diese Arten von Speicher?«, fragt Song. »Ich möchte alle vereinen und die Geschwindigkeiten steigern. Die Frage ist: Gibt es eine physikalische Grenze?«

Altermagnete könnten dieser Grenze näher kommen, indem sie die gewünschten Eigenschaften von Ferromagneten und Antiferromagneten kombinieren. Sie können – wie Ferromagnete – spinpolarisierte Ströme erzeugen und gleichzeitig – wie Antiferromagnete – extrem schnell auf Spinänderungen reagieren. Das lässt auf Speichergeräte hoffen, die mit Terahertz- statt mit den derzeitigen Gigahertz-Geschwindigkeiten arbeiten. Hinzu kommen weitere Vorzüge: Sie erzeugen kein störendes Magnetfeld und sind unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen. Dadurch könnten Bauelemente deutlich dichter gepackt werden. Und noch aussichtsreicher könnten die von Song entdeckten p-Wellen-Magnete sein.

Diese fallen in die vierte und letzte Kategorie von Šmejkals Symmetriesystem: die Antialtermagnete. Diese brechen die sogenannte Inversionssymmetrie, die einem Umstülpen eines Objekts gleichkommt. In dieser Art von Magnet sind die Spins nicht kollinear, sondern bilden komplexe, spiralförmige Muster, wie eine Helix, die man von DNA kennt. Und wie bei einer Schraube kann der Drehsinn der Helix entweder rechts- oder linksdrehend sein – eine Eigenschaft, die als Chiralität bezeichnet wird und die Inversionssymmetrie bricht. Entscheidend ist: Diese Eigenschaft lässt sich möglicherweise elektrisch steuern, was Antialtermagnete zu einem vielversprechenden Ansatz für energieeffiziente Speicher macht.

Als Rafael Fernandes Anfang 2024 einem Vortrag von Comin über Experimente mit Nickeliodid lauschte, erinnerte ihn das an eine aktuelle Veröffentlichung von Šmejkal und seinem Team, in der sie den p-Wellen-Magnetismus vorhersagten. Diese Form des Magnetismus war damals noch nicht experimentell beobachtet worden – und die Idee war so neu, dass Comin noch nicht davon gehört hatte. Nachdem Fernandes an ihn herangetreten war, erkannte er, dass die p-Wellen-Theorie die ungewöhnlichen Eigenschaften von Nickeliodid erklären könnte.

In der Zwischenzeit hatte Qian Song bereits den Bau eines universellen Speichergeräts ins Visier genommen: die p-Wellen-Version eines magnetischen Tunnelkontakts, mit der MRAM-Speicher arbeiten. Song schätzt, dass sich ein solches Gerät mit nur einem Hunderttausendstel (oder weniger) der Energie betreiben ließe, die bestehende Speichertechnologien benötigen. Das liegt vor allem an der effizienten elektrischen Schaltung. Damit aber auch das Auslesen der Daten funktioniert, muss der Nickelbromidkristall, der eine Schicht des Bauelements bilden wird, atomar dünn sein. Ein solches Kristallplättchen suchte Li im Labor.

Lis Arme steckten bis zu den Schultern in schwarzen Gummihandschuhen, die in eine riesige Acrylbox reichten. In ihren behandschuhten Händen lag eine Siliziumscheibe, die mit Nickelbromidkristallen bestäubt war. Sie positionierte die Scheibe unter einem Rasterkraftmikroskop, das einen Bereich von 25 mal 25 Mikrometern umschloss. Die Nadel des Geräts zeichnete in den nächsten zehn Minuten wenige Nanometer über der Scheibe einen Pfad nach. Li verfolgte den Prozess auf einem Computerbildschirm neben ihr, der eine Landschaft aus gelben, blauen und grünen geometrischen Formen zeigt. Dann las die Forscherin eine Zahl ab: zehn Nanometer. Nahe dran, aber nicht dünn genug. »Das ist alles, was ich wissen wollte«, sagt sie.

Die Entdeckung von Altermagneten unterstreicht die Tatsache, dass es nicht nur eine Art von unkonventionellem Magnetismus gibt, sondern viele. Zum einen können Magnete auch Mischformen von Šmejkals vier Kategorien sein, ähnlich wie Labradoodles Merkmale von Labrador Retrievern und Pudeln vereinen. Zum anderen könnte es innerhalb von Šmejkals Kategorien viele Unterkategorien geben, die Fachleute nun untersuchen. Für nichtkollineare Magnete jedoch – etwa p-Wellen-Magnete oder seltsame wirbelartige Formationen namens Skyrmionen – »ist eine präzise Klassifizierung aussichtslos, da die Möglichkeiten endlos sind«, sagt der Physiker Igor Mazin von der George Mason University. 

Nickeljodid ist ein typisches Beispiel dafür. Laut Fernandes hat eine detaillierte Symmetrieanalyse ergeben, dass der Stoff zwar wie ein p-Wellen-Magnet aussieht, aber kein richtiger p-Wellen-Magnet ist, da er nicht alle Kriterien für diese Kategorie erfüllt. Es ist das magnetische Äquivalent eines Labradoodles, das zufällig sehr ähnlich wie ein p-Wellen-Magnet aussieht und sich auch so verhält. Gleiches könnte bei Rutheniumdioxid der Fall sein, dem Urvater der Altermagnete. »Das Material selbst ist wahrscheinlich nicht magnetisch«, sagt Tomas Jungwirth. »Wir haben in unseren theoretischen Arbeiten ein etwas unglückliches erstes Beispiel gewählt.«

Trotz dieser Wendungen hat die Entdeckung von Altermagneten eine Welle von Forschungsarbeiten und große Hoffnungen in der Spintronik-Community ausgelöst. Das 2022 veröffentlichte Paper von Šmejkal, Sinova und Jungwirth, in dem der Begriff »Altermagnetismus« erstmals auftaucht, wurde inzwischen mehr als 1500-mal zitiert.

Ein Fachgebiet im Umbruch

Tatsächlich ist der Altermagnetismus jedoch nur einer von vielen Durchbrüchen im Bereich der Magnetismusforschung. Der Physiker Pedram Khalili von der Northwestern University führt den Beginn dieser neuen Ära auf das Jahr 2016 zurück. Damals zeigten Peter Wadley von der University of Nottingham und sein Team, dass sie einen Antiferromagneten elektrisch umschalten konnten – etwas, was zuvor als unmöglich galt. »Allmählich setzte sich die Erkenntnis durch, dass viele dieser Phänomene, die wir mit Ferromagneten in Verbindung bringen, eigentlich nicht auf deren Magnetisierung zurückzuführen sind«, sagt er. »Das ist nur eine sehr oberflächliche Art, sie zu verstehen.«

Welche Auswirkungen dieses neue Verständnis auf die Technologie haben wird, ist noch unklar.

Das Gerät von Li und Song wird jedenfalls niemals in einem Computer oder Rechenzentrum zum Einsatz kommen. Der p-Wellen-Magnetismus von Nickeljodid besteht nur bei Temperaturen unterhalb von 60 Kelvin (etwa –213 Grad Celsius). Zudem führte Li ihre Messungen in einer mit Argon gefüllten Box durch, da Nickeljodid schmilzt, wenn es dem Wasserdampf in der Luft ausgesetzt wird. »Es ist nicht wirklich praktikabel, aber wir glauben, dass das, was wir aus Nickeljodid lernen, die Suche nach neuen Materialien vorantreiben wird«, erklärt Comin. »Das ist eine der Richtungen, die wir erkunden.«

»Letztendlich braucht man in der Regel ein Gerät, das allen anderen um ein oder zwei Größenordnungen überlegen ist, um die Investition zu rechtfertigen«Stuart Parkin, Physiker

Der Weg vom wissenschaftlichen Durchbruch zu kommerziellen Anwendungen ist im Allgemeinen mit vielen Hindernissen gepflastert, sagt Stuart Parkin, Direktor des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik in Halle, der in den 1990er-Jahren GMR-basierte Leseköpfe für IBM entwickelt hatte. »Oft passiert es, dass jemand an der Universität ein Phänomen entdeckt und denkt, man könnte es für irgendetwas nutzen«, sagt er. »In der Regel braucht man jedoch nicht nur eine Eigenschaft, sondern mehrere.« Etwa Langlebigkeit und kosteneffiziente Herstellbarkeit – im Gegensatz zu Lis aufwendigen Bemühungen im Labor. »Letztendlich braucht man in der Regel ein Gerät, das allen anderen um ein oder zwei Größenordnungen überlegen ist, um die gesamte Investition zu rechtfertigen«, sagt Parkin. Selbst dann, so schätzt er, könne es 10 bis 20 Jahre dauern, bis eine Entdeckung ihren Weg in die Kommerzialisierung findet. Bei GMR dauerte es etwa ein Jahrzehnt, und bei der superstarken Kunstfaser Kevlar waren es zwei.

Auf jeden Fall sei die Vorstellung, altermagnetische Speicher könnten alle konkurrierenden Technologien verdrängen, völlig unrealistisch, sagt Daniel Worledge, Senior Manager bei IBM, der die MRAM-Forschungs- und Entwicklungsbemühungen des Unternehmens leitet. »Vor 25 Jahren hörte ich oft, dass MRAM ein universeller Speicher werden und Flash, DRAM und SRAM ersetzen würde«, erzählt er. »Das ist nie passiert, weil jede dieser Technologien unglaublich spezialisiert und in ihrem Bereich wirklich gut ist.«

Pedram Khalilis Team hat inzwischen einen vielversprechenden Tunnelkontakt auf Basis von nichtkollinearem Antiferromagneten hergestellt. Er funktioniert bei Raumtemperatur und besteht aus anwendungsfreundlichen Materialien. Trotzdem möchte der Physiker nicht über Anwendungsszenarien spekulieren. »Es ist ein völlig neues Bauelement mit völlig neuer Physik«, sagt Khalili. »Es ist auch eine Gelegenheit, die Rechnerarchitektur neu zu überdenken. Vielleicht bestehen die größten Vorteile des Geräts in Eigenschaften, die wir noch gar nicht vorhersehen können.«