Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Winziger magnetischer Schalter entdeckt

28.01.2011
Wissenschaftler der Uni Kiel entwickeln molekulare Maschine in Plattenspielerform

Einer Kieler Forschergruppe um den Chemiker Professor Rainer Herges ist es erstmals gelungen, den magnetischen Zustand eines einzelnen Moleküls bei Raumtemperatur gezielt zu steuern. Die Arbeit erscheint am heutigen Freitag (28.01.2011) in der Zeitschrift Science.

Das schaltbare Molekül, Ergebnis eines Teilprojekts des Sonderforschungsbereichs 677 "Funktion durch Schalten", könnte beim Bau winziger elektromagnetischer Speicher ebenso zum Einsatz kommen wie in der Medizin.

Die Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel entwickelten eine molekulare Maschine, die ähnlich wie ein Plattenspieler aufgebaut ist. Das Molekül besteht aus einem Nickelion, das von einem Ring aus Farbstoff (Porphyrin) umgeben ist, und einem Stickstoffatom, das wie an einem Tonarm darüber schwebt. "Wenn wir dieses Molekül mit blaugrünem Licht bestrahlen, wird das Stickstoffatom wie eine Nadel exakt senkrecht auf dem Nickelion platziert", erklärt Rainer Herges. "Dadurch wird das Nickelion magnetisch, weil die Paarung zweier Elektronen aufgehoben ist", so der Chemieprofessor.

Den entgegengesetzten Effekt hat blau-violettes Licht: Das Stickstoffatom wird wieder angehoben, die Elektronen finden sich zu einem Paar zusammen und das Nickelion ist dadurch nicht mehr magnetisch. "Dieses Schalten des Magnetzustandes können wir durch abwechselndes Bestrahlen mit den beiden unterschiedlich langen Lichtwellen mehr als 10.000-mal wiederholen, ohne dass die molekulare Maschine ermüdet oder Nebenreaktionen eintreten", freut sich Herges.

Der entdeckte Schalter mit einem Durchmesser von nur 1,2 Nanometern könnte als winziger magnetischer Speicher in der molekularen Elektronik verwendet werden. Vor allem die Hersteller von Festplatten dürften daran interessiert sein, denn durch Verkleinern der Magnetpartikel auf der Oberfläche der Platten lässt sich eine höhere Speicherkapazität erreichen. Auch in der Medizin hält Professor Herges den Einsatz des magnetischen Schalters für denkbar: "Das Plattenspieler-Molekül kann intravenös als Kontrastmittel in der Kernspintomografie (MRT) verwendet werden, um nach Tumoren oder Engstellen in Blutgefäßen zu suchen. Erste Tests in der Neuroradiologie des Universitätsklinikums Schleswig-Holstein waren erfolgreich." Da durch das Schalten das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert wird, kommt man mit weniger Kontrastmittel aus als bei den bisher verwendeten magnetischen Salzen. Zudem, so Herges, könnte die molekulare Maschine als Basis für die Entwicklung neuartiger Kontrastmittel dienen, etwa um die Temperatur, den pH-Wert oder sogar bestimmte biochemische Marker im Körper dreidimensional darzustellen. Rainer Herges zählt mögliche Anwendungsgebiete auf: "Mit solchen Kontrastmitteln könnte man Entzündungsherde lokalisieren, Tumore aufspüren und viele Stoffwechselvorgänge visualisieren."

Die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel hat als Forschungsuniversität im Norden Deutschlands eine ausgewiesene internationale Expertise in den Nanowissenschaften, zum Beispiel im Sonderforschungsbereich 677 "Funktion durch Schalten" der Deutschen Forschungsgemeinschaft. In der aktuellen Runde der Exzellenzinitiative bewirbt sich die CAU zudem mit einem Nano-Exzellenzcluster.

Originalveröffentlichung:
Magnetic Bistability of Molecules in homogenous solution at Room Temperature. Science 28.01.2011, DOI: 10.1126/science.1201180

Drei Bilder zum Thema stehen zum Download bereit:

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2011/2011-007-1.jpg
Bildunterschrift: Ein vergrößertes Modell des von Kieler Forschern entwickelten molekularen Schalters auf einem alten Grammofon. Unter blaugrünem beziehungsweise blauviolettem Licht funktioniert diese winzige Maschine im Prinzip wie ein Plattenspieler.

Copyright: CAU, Foto: Rainer Herges/Torsten Winkler

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2011/2011-007-2.jpg
Bildunterschrift: Professor Rainer Herges (links) und Marcel Dommaschk bestrahlen eine Lösung des molekularen Magnetschalters mit blaugrünem und blauviolettem Licht. Durch die Lichtwellen können die Forscher den magnetischen Zustand des Moleküls ändern.

Copyright: CAU, Foto: Torsten Winkler

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2011/2011-007-3.jpg
Bildunterschrift: Das Plattenspieler-Molekül im Modell. Die Pfeile symbolisieren den magnetischen Zustand im Nickelion, der sich durch Kontakt mit dem Stickstoffatom am "Tonarm" gezielt schalten lässt.

Copyright: CAU, Grafik: Rainer Herges

Kontakt:
Prof. Dr. Rainer Herges
Otto Diels-Institut für Organische Chemie
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Tel.: 0431/880-2440
E-Mail: rherges@oc.uni-kiel.de

Sandra Sieraad | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-kiel.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Rettender Ritter in goldener Rüstung
22.02.2018 | Exzellenzcluster Entzündungsforschung

nachricht Schwarzen Hautkrebs in den Tiefschlaf versetzen
22.02.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Im Focus: Developing reliable quantum computers

International research team makes important step on the path to solving certification problems

Quantum computers may one day solve algorithmic problems which even the biggest supercomputers today can’t manage. But how do you test a quantum computer to...

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Geheimtinte: Von antiken Rezepturen bis zu High-Tech-Varianten

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neuer Sensor zur Messung der Luftströmung in Kühllagern von Obst und Gemüse

22.02.2018 | Energie und Elektrotechnik

Neues Prinzip der Proteinbindung entdeckt

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics