Datenspeicher aus einzelnen Molekülen

  • 03. April 2017

Dysprosium-Atome behalten ihre Magnetisierungsrichtung.

Ein inter­nationales Forscher­team unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magne­tisierbaren Atomen zu bestücken. Damit könnten auf kleinstem Platz riesige Daten­mengen gespeichert werden, wenn man für eine Informations­einheit nur ein einziges Atom oder ein kleines Molekül bräuchte. Theoretisch ist dies möglich, denn bestimmte Atome lassen sich so magne­tisieren, dass die Magne­tisierung nur zwei Richtungen annehmen kann. In der Abfolge der Magneti­sierungs­richtung vieler Moleküle liessen sich so Infor­mationen speichern.

Abb.: Die Magnetisierung von Dysprosium-Atomen (grün) auf der Nanopartikel-Oberfläche kann genau zwei Richtungen annehmen. (Bild: ETHZ / U. Rennes)

Abb.: Die Magnetisierung von Dysprosium-Atomen (grün) auf der Nanopartikel-Oberfläche kann genau zwei Richtungen annehmen. (Bild: ETHZ / U. Rennes)

Auf dem Weg zu Einzel­molekül­magnet-Daten­speichern gibt es allerdings noch einige Hürden zu über­winden. Moleküle zu finden, die die magne­tische Information nicht nur kurz­fristig, sondern auch dauerhaft speichern, ist nicht einfach. Und noch schwieriger ist es, solche Moleküle für den Bau von Daten­speichern auf einer festen Unterlage anzuordnen. Für letzteres hat die Arbeits­gruppe nun eine neue Methode geschaffen, die gegenüber anderen Ansätzen zahlreiche Vorteile bietet.

Christophe Copéret, Professor am Labora­torium für Anor­ganische Chemie, und sein Team entwickelten ein Molekül, in dessen Zentrum ein Dysprosium-Atom sitzt. Umgeben ist dieses Atom von einem Molekül­gerüst, das als Transport­vehikel dient. Außerdem ent­wickelten die Wissen­schaftler eine Methode, um die Moleküle auf der Oberfläche von Silizium­dioxid-Nano­partikeln zu deponieren und mit diesen bei 400 Grad Celsius zu fusionieren. Das Transport­gerüst zerfällt dabei, es entstehen Nanopartikel, deren Oberfläche mit einzelnen frei­stehenden Dys­prosium-Atomen durchsetzt ist. Wie Tests ergaben, können diese Atome magne­tisiert werden und sie behalten ihre Magneti­sierungs­richtung aufrecht.

Die Magneti­sierung funk­tioniert derzeit nur bei rund minus 270 Grad Celsius. Sie hält maximal etwas mehr als eineinhalb Minuten an. Die Wissen­schaftler suchen daher nach Ansätzen, die Magneti­sierung auch bei höheren Temperaturen und über längere Zeit stabil zu halten. Und sie sind auf der Suche nach Methoden, die Atome statt mit Nano­partikeln mit einer flachen Unterlage zu fusionieren. Zu den Vorteilen der neuen Methode gehört, dass sie denkbar einfach ist. „Dysprosium-bestückte Nano­partikel lassen sich in jedem Chemie­labor herstellen. Es braucht dazu weder einen Reinraum noch komplexe Apparaturen“, sagt Florian Allouche, Doktorand in Copérets Gruppe. Außerdem können die magneti­sierbaren Nano­partikel bei Raum­temperatur aufbewahrt werden und sind wieder­verwendbar.

Alter­native Herstellungs­methoden bestehen zum Beispiel darin, eine Fläche mit einzelnen Atomen zu bedampfen. So herge­stellte Materialen sind jedoch nur bei sehr tiefen Tempera­turen stabil. Oder es können Moleküle mit idealen magne­tischen Eigen­schaften auf eine Unterlage gebracht werden. Bei diesem Prozess werden die magnetischen Eigen­schaften jedoch oft negativ beein­flusst.

ETHZ / JOL

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