Molekül ändert Magnetismus und Leitfähigkeit

  • 05. July 2012

Strom schaltet den magnetischen Zustand und den elektrischen Widerstand eines einzelnen Moleküls an und aus – Blaupause für neuartige, kompakte Speichermedien.

Um eine digitale Information, ein Bit, auf einer Festplatte zu speichern, werden etwa drei Millionen Atome belegt. Forscher aus Karlsruhe, Straßburg und Chiba haben nun einen Speicher entwickelt, in dem ein einzelnes Molekül ein Bit trägt. Mittels eines Stromimpulses lässt sich das metallorganische Molekül zuverlässig zwischen leitendem, magnetischem und kaum leitendem, unmagnetischem Zustand umschalten.

Mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops werden definierte Stromstöße auf das Molekül gegeben, sodass sich der magnetische Zustand ändert

Abb.: Mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops werden definierte Stromstöße auf das Molekül gegeben, sodass sich der magnetische Zustand ändert. (Bild: CFN, KIT)

„Immer kleinere Bit-Größen in einer Festplatte zu realisieren, wird von dem superparamagnetischen Effekt verhindert“, erklärt Toshio Miyamachi vom Center for Functional Nanostructures (CFN) am KIT. Der superparamagnetische Effekt beschreibt, dass unter einer gewissen Größe der magnetischen Speicherkristalle, diese immer anfälliger für thermisches Umschalten werden und deshalb die In-formation rasch verloren geht. „Deshalb haben wir einen anderen Ansatz gewählt und in die Mitte eines organischen Moleküls aus 51 Atomen ein einzelnes magnetisches Eisenatom gesetzt. Die Hülle schützt die Information, die im zentralen Atom gespeichert ist.“ Neben der ultimativen Dichte von einem Bit pro Molekül hat diese Art des Speicherns mittels spin-crossover-Molekülen auch den Vorteil, dass der Schreibvorgang zuverlässig und rein elektrisch vonstatten geht.

„Mittels eines Rastertunnelmikroskops konnten wir definierte Stromstöße auf das nanometergroße Molekül geben“, ergänzt Wulf Wulfhekel, Leiter der Karlsruher Forschergruppe am Physikalischen Institut. „Interessanterweise ändert sich dadurch nicht nur reproduzierbar der magnetische Zustand des Eisens, sondern auch die elektrischen Eigenschaften des Moleküls.“ Die zwei möglichen magnetischen Konfigurationen führen also zu verschiedenen Leitfähigkeiten und der magnetische Zustand lässt sich sehr einfach über eine Widerstandsmessung ermitteln. In der aktuellen Studie legen die Forscher erst die Grundlagen und zeigen die prinzipielle Machbarkeit und Vorteile von Speichern aus spin-crossover-Molekülen.

KIT / OD

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