Bei neuem Material passt ein Bit auf ein einzelnes Molekül

7. Juli 2012, 18:00
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Metallorganisches Molekül lässt sich zwischen leitendem, magnetischem und kaum-leitendem, unmagnetischem Zustand umschalten

Wird eine digitale Information in Form eines einzelnen Bits auf einer herkömmlichen Festplatte gespeichert, dann werden davon rund drei Millionen Atome belegt. Um die Speicherdichte zu erhöhen, wird heute an unterschiedlichen Methoden geforscht. Forscher aus Karlsruhe, Straßburg und Japan haben nun etwa einen Speicher entwickelt, indem für ein Bit nur ein einzelnes Molekül notwendig ist. Mittels eines Stromimpulses lässt sich dieses spezielle metallorganische Molekül zuverlässig zwischen leitendem, magnetischem und kaum-leitendem, unmagnetischem Zustand umschalten.

"Immer kleinere Bit-Größen in einer Festplatte zu realisieren, wird von dem superparamagnetischen Effekt verhindert", erklärt Toshio Miyamachi, Erstautor der Studie, die im Fachjournal "Nature Communications" veröffentlicht wurde, und Forscher am Center for Functional Nanostructures (CFN) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Der superparamagnetische Effekt beschreibt, dass magnetische Speicherkristalle unter einer gewissen Größe immer anfälliger für sogenanntes thermisches Umschalten werden, wordurch die Information 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 sogenannter spin-crossover-Molekülen auch den Vorteil, dass der Schreibvorgang zuverlässig und rein elektrisch von statten geht.

Prinzipielle Machbarkeit bewiesen

"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. "Diese in einem Molekül kombinierten memristiven und spintronischen Eigenschaften stoßen das Tor zu einem neuen Forschungsfeld auf", sind sich die Forscher sicher. Als Memristoren werden Speicher bezeichnet, die Informationen als Widerstandsänderungen ablegen. Die Spintronik nutzt den magnetischen Spin einzelner Teilchen für die Informationsverarbeitung. (red, derstandard.at, 7.7.2012)

  • Mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops werden definierte Stromstöße
 auf das Molekül gegeben, sodass sich der magnetische Zustand ändert.
    grafik: cfn/kit

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

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