Atomare Magneten als Datenspeicher

19. April 2017, 11:08 Uhr
Durch Magnetisierung können Dysprosium-Atome (grün) auf einer Oberfläche von Nanoteilchen zwei Spinrichtungen annehmen. (Abbildung: ETH Zürich/Université de Rennes)
Durch Magnetisierung können Dysprosium-Atome (grün) auf einer Oberfläche von Nanoteilchen zwei Spinrichtungen annehmen. (Abbildung: ETH Zürich/Université de Rennes)
Die Idee ist faszinierend: Wenn man für die Speicherung einer Informationseinheit (in der binären Welt 0 oder 1) nur ein einziges Atom oder Molekül nötig hätte, könnte man auf einer winzigen Fläche eine unvorstellbar große Menge von Daten speichern. In der Theorie ist das durchaus denkbar, denn bestimmte Atome lassen sich so magnetisieren, dass ihre Spinrichtung ganz nach Wunsch geändert wird. Wenn man eine große Zahl derartiger Atome oder Moleküle verbindet, können damit Information gespeichert werden.

Bevor aber das erste Speicher-IC in dieser Technik die Fabrik verlässt, ist noch einiges an Grundlagenforschung erforderlich. So ist es gar nicht so einfach, ein Molekül zu finden, dass die (magnetische) Information nicht nur für kurze Zeit, sondern auch dauerhaft speichert. Und noch schwieriger ist es, solche Moleküle auf einer festen Oberfläche zu platzieren, um so ein Speichermedium zu konstruieren.

Ein internationales Forscherteam unter Federführung von Chemikern der ETH Zürich hat eine Methode entwickelt, die für das letztgenannte Problem eine Lösung bieten könnte. Professor Christophe Copéret und sein Team haben ein Molekül mit einem zentralen Dysprosium-Atom entwickelt (Dysprosium ist eine seltene Erde). Dieses Atom ist umgeben von dem „Molekülrahmen“, der als Transportvehikel dient.

Die Forscher konnten auch eine Methode entwickeln, um diese Moleküle auf einer Oberfläche von Siliziumoxid-Nanoteilchen anzuordnen und sie dort bei 400 °C „festzubacken“. Das Transportmolekül zerfällt dabei, so dass nur Nanoteilchen mit „freistehenden“ Dysprosiumatomen übrig bleiben. Diese können nun magnetisiert werden und behalten auch ihre Magnetisierungsrichtung, ihren Spin bei.

Die Magnetisierung funktioniert zurzeit nur in der Nähe des absoluten Nullpunkts bei –270 °C und bleibt darüber hinaus nur für etwa eineinhalb Minuten bestehen. Es wird eifrig nach Möglichkeiten gesucht, die Magnetisierung auch bei höheren Temperaturen durchführen zu können und die Magnetisierung über längere Zeit zu erhalten. Und es muss noch eine Methode gefunden werden, die Atome nicht auf Nanoteilchen, sondern direkt auf einen ebenen Untergrund aufzubringen.
 
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