"Gewachsener" Magnetschalter aus Nanoröhren in Molekülgröße

26. Juni 2011, 17:52
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Vorbild für die Konstruktion des Nano-Bauteils war ein Mechanismus in der Natur

Magnetische Speichermedien wie beispielsweise Festplatten haben den Umgang mit digitalen Informationen revolutioniert: Täglich gehen wir mit riesigen Mengen magnetisch gespeicherter Daten um, elektronische Bauteile mit immer höherer Empfindlichkeit sind dafür die Basis. Ein internationales Wissenschafter-Team hat nun einen weiteren Verkleinerungsschritt vollzogen und einen Nano-Magnetschalter konstruiert - Vorbild war ein Mechanismus aus der Natur.

Was tun, wenn es für die Herstellung eines derartig winzigen Bauteils keine Werkzeuge mehr gibt? Eine Möglichkeit: Man bringt die Einzelteile dazu, sich eigenständig zu dem gewünschten Produkt zusammenzufügen. Das Forscherteam um Mario Ruben am Karlsruher Institut für Technologie hat sich für die Produktion eines Nano-Magnetschalters einen Trick bei der Natur abgeschaut: Die Wissenschafter brachten synthetische Haftgruppen so an Magnetmoleküle an, dass diese von selbst an der richtigen Position auf einer Nanoröhre andocken.

Neues Prinzip

In der Natur entsteht in einem ähnlich selbst-organisierenden "Wachstums"-Prozess beispielsweise ein grünes Blatt - ganz ohne den Eingriff einer übergeordneten Instanz. Die Einführung solcher Prinzipien in der Herstellung elektronischer Bauteile ist ein Novum und stellt einen Paradigmenwechsel dar.

Den Nano-Magnetschalter hat ein europäisches Team aus Wissenschaftern des Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Grenoble und des Institut de Physique et Chimie des Matériaux der Universität Straßburg und des INT gemeinsam konstruiert. Eine Besonderheit des Schalters ist, dass er nicht wie konventionelle elektronische Bauteile aus anorganischen Materialien wie Silizium, Metallen, Oxiden oder ähnlichem besteht, sondern aus weichen Materialien wie Kohlenstoffnanoröhren und Molekülen.

Einzelnes magnetisches Metallatom

Magnetisch ist ein einzelnes Metallatom, Terbium, welches in organisches Material eingebettet wird. Das Terbium reagiert hochempfindlich auf externe Magnetfelder. Die Information, wie dieses Atom sich entlang eines solchen Magnetfeldes ausrichtet, wird sehr effektiv an den durch die Nanoröhre fließenden Strom weitergegeben. So gelang es der CNRS-Forschungsgruppe um Wolfgang Wernsdorfer in Grenoble, den Magnetismus im Umfeld des Nano-Schalters elektrisch auszulesen - dies ermöglicht prinzipiell den Zugang zu höheren Speicherdichten, aber öffnet zugleich Tore zu wesentlich leistungsfähigeren Methoden der Informationsverarbeitung z. B. in Quantencomputern.

Die Funktionsweise des Nano-Magnetschalters beschreiben die Wissenschaftler in der Juli-Ausgabe der Zeitschrift Nature Materials zunächst für tiefe Temperaturen von um einem Grad Kelvin, das entspricht -272 Grad Celsius. Das Konsortium arbeitet nun darauf hin, die Arbeitstemperaturen des Bauteiles in naher Zukunft weiter steigern zu können. (red)


Abstract
Nature Materials: Supramolecular spin valves

  • "Selbstorganisiert" zum Nano-Schalter: Magnetische Moleküle (grün) ordnen sich auf einer Kohlenstoffnanoröhre (schwarz) an, um ein elektronisches Bauteil zu bilden.
    foto: c. gruppe, kit

    "Selbstorganisiert" zum Nano-Schalter: Magnetische Moleküle (grün) ordnen sich auf einer Kohlenstoffnanoröhre (schwarz) an, um ein elektronisches Bauteil zu bilden.

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