Magnetismus einzelner Moleküle schaltbar

  • 15. June 2012

Spincrossover-Technik erlaubt Speicherung von Informationen im Nanoformat.

Moleküle als Datenspeicher anstelle von elektronischen oder magnetischen Speicherzellen nutzen zu können, würde die Datenspeicherung revolutionieren. Molekulare Speicherzellen wären tausendfach kleiner als herkömmliche. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) sind nun der molekularen Speicherzelle einen großen Schritt näher gekommen.

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Abb.: Computermodell der Doppelschicht von Spincrossover-Molekülen auf einer Goldoberfläche. Mit der STM-Spitze des Rastertunnelmikroskops lassen sich einzelne Moleküle schalten. (Bild: H. Naggert / T. Gopakumar)

Es gelang ihnen, den Magnetismus von einzelnen, sogenannten Spincrossover-Molekülen mithilfe von Elektronenübertragung gezielt ein- und auszuschalten. Die interdisziplinäre Studie aus dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Sonderforschungsbereich 677 „Funktion durch Schalten“ belegt, dass das Speichern von Informationen auf den Molekülen technisch machbar ist. Die Arbeit wird am 25. Juni in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht.

„Wir wussten, dass es prinzipiell möglich ist, Information in einem einzelnen Molekül zu speichern, doch Techniken, mit denen sich dies realisieren lässt, werden erst seit kurzem nach und nach verfügbar“, erläutert Projektleiter Richard Berndt vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der CAU die Motivation zu der Untersuchung. Seit den 1980er Jahren, so Berndt, werden einzelne Moleküle an Oberflächen mit Rastertunnelmikroskopen abgebildet. In der aktuellen Forschung ginge es darum, gezielt bestimmte Moleküleigenschaften zu verändern und damit langfristig technische Anwendungen zu ermöglichen. Auch der Sonderforschungsbereich 677 „Funktion durch Schalten“ an der Kieler Universität befasst sich mit solchen Untersuchungen, um letztlich molekulare Maschinen herstellen zu können.

In der vorliegenden Studie ging es um den Magnetismus eines Moleküls. Mit einem Rastertunnelmikroskop gelang es Berndts Mitarbeiter Thiruvancheril Gopakumar, die magnetischen Eigenschaften einzelner Moleküle zwischen zwei Zuständen zu schalten. Obwohl die Moleküle dabei in dicht gepackten Schichten lagen, konnte er einzelne Moleküle auswählen und diese gezielt schalten. Die gezielte Kontrolle über einzelne Moleküle macht das Speichern von Informationen möglich. „Weltweit versuchen viele Arbeitsgruppen die magnetischen Eigenschaften von Molekülen zu beherrschen. Gopakumar bringt mit diesen Messungen das Feld einen wichtigen Schritt voran“, freut sich Berndt.

Die Spincrossover-Moleküle wurden am Institut für Anorganische Chemie der CAU hergestellt. „Auch wenn die Suche nach geeigneten Molekülen sehr langwierig war, sind wir mit diesem Ergebnis sehr zufrieden“, betont Felix Tuczek, Leiter der Arbeitsgruppe Anorganische Molekülchemie. Als nächstes, sagt er, wolle man die Moleküle derart verändern, dass sie sich auch mit Licht und bei höheren Temperaturen schalten ließen.

U Kiel / DE

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