Physiker beobachten erstmals, wie die Atome eines Kristalls ihre Drehung umkehren

Bringt man die Atome eines Kristalls in eine Drehung, gibt diese Bewegung an eine zweite innere Schwingung weiter, kann die Drehung andersherum wieder herauskommen. Physiker haben das nun erstmals direkt im Inneren eines Festkörpers beobachtet und den Moment eingefangen, in dem sich der Drehimpuls des Gitters umkehrte, während er zwischen zwei der kristalleigenen Schwingungen überging.

Das Team beschreibt das Ergebnis mit einer absichtlich seltsamen Rechnung: 1 + 1 = −1. Zwei Drehungen mit gleicher Richtung verbanden sich und brachten eine hervor, die in die Gegenrichtung lief. In den Büchern wurde nichts wirklich verletzt, denn die fehlende Drehung wurde anderswo im System aufgenommen, doch der lokale Effekt ist die Art von Umkehr, die die Intuition nicht zulässt.

Das fragliche Objekt ist Wismutselenid, ein Kristall, der in der Physik bereits für sein ungewöhnliches Oberflächenverhalten geschätzt wird. Hier zählt sein inneres Uhrwerk. Atome in einem Festkörper sind nicht fixiert; sie wackeln in abgestimmten Mustern, den Gitterschwingungen, und einige dieser Muster können eine Drehung tragen, einen winzigen gespeicherten Drehimpuls, der sonst sauber verbucht bleibt.

Um ihn in Bewegung zu sehen, musste das Team kräftig drücken und schnell hinschauen. Es feuerte ultrastarke Terahertz-Laserpulse ab, um eine Schwingung in eine kreisende, rotierende Bewegung zu zwingen, und nutzte dann einen zweiten ultraschnellen Puls, um zu beobachten, was geschah, als sich diese Drehung an eine benachbarte Schwingung koppelte. Die Umkehr zeigte sich darin, wie der zweite Puls zurückkam.

Das Interessante ist nicht der Kunstgriff, sondern was er öffnet. Der in Schwingungen gebundene Drehimpuls ist einer der verborgenen Fäden hinter dem Magnetismus, und ihn zu verfolgen, während er von Schwingung zu Schwingung springt, gibt Forschenden einen direkten Griff an einem Vorgang, der sich bisher nur erschließen ließ. Beherrscht man diesen Griff, könnte daraus ein Weg werden, die exotischen Materialien zu lenken, auf die Quantentechnologien angewiesen sind.

Der Befund verdient vorerst eine enge Lesart. Er entstand in einem bestimmten Kristall unter Laserfeldern, die weit stärker sind als alles in der alltäglichen Elektronik, und die Drehung, die sich umkehrt, ist die kollektive Drehung des Gitters, nicht freie Atome, die wie lose Murmeln zurückkippen. Ob dieselbe Umkehr in anderen Materialien auftritt und ob sie sich nutzen statt nur beobachten lässt, bleibt offen.

Die Arbeit, getragen von einer Zusammenarbeit aus dem Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und der TU Dresden mit Partnern in Jülich und Eindhoven, erschien im Mai 2026 in Nature Physics. Dieselbe Lasertechnik, die die Umkehr sichtbar machte, ist das Werkzeug, das die Gruppen nun auf andere Kristalle richten wollen, um herauszufinden, wie verbreitet die rückwärtige Drehung wirklich ist.