Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuer Weg zur Herstellung von Nanomagneten für die Informationstechnologie

24.01.2013
Ein internationales Forscherteam hat einen neuen Weg gefunden, molekulare Magnete herzustellen. Ihre dünnen Schichtsysteme aus Kobalt und einem organischen Material könnten den Weg ebnen für die Realisierung leistungsfähigerer Speichermedien und schnellerer und energieeffizienterer Prozessoren für die Informationsverarbeitung. Die Forschungsergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Nature“ nachzulesen (DOI: 10.1038/nature11719).

Um die Leistungsfähigkeit von Computern zu steigern und ihren Energiebedarf zu verringern, wurden in der Vergangenheit Prozessoren und Speicher stetig verkleinert. Doch diese Strategie steht vor dem Ende, weil die Physik ihr Grenzen setzt:


Ein Schichtsystem aus Kobalt (unten) und organischen Molekülen kann zur Speicherung magnetischer Informationen dienen, die in der Illustration durch Einsen und Nullen angedeutet sind. Die grünen und roten Pfeile geben die Ausrichtung der Spins an. Forschungszentrum Jülich

Zu kleine Bauteile werden instabil; Daten können darin nicht mehr sicher gespeichert und verarbeitet werden. Ein Grund dafür ist, dass schon ein Atom mehr oder weniger in Bauteilen aus nur wenigen Atomen zu ganz unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften führen kann. Die genaue Zahl und Anordnung von Atomen in Metallen und Halbleitern, aus denen Bauteile heute bestehen, lässt sich aber kaum kontrollieren.

Einen Ausweg könnte eine so genannte „molekulare“ Elektronik mit nanometerkleinen Bauteilen aus Molekülen bieten, denn Moleküle bestehen aus einer festen Anzahl von Atomen, können funktionsspezifisch designt und preisgünstig in immer wieder identischer Form hergestellt werden. Nutzt man dabei neben der elektrischen Ladung der Elektronen auch ihr magnetisches Moment, den Spin, scheinen sogar ganz neue Funktionalitäten realisierbar, etwa nichtflüchtige Arbeitsspeicher oder Quantencomputer.

Moleküle für solch eine „molekulare Spinelektronik“ müssen bestimmte magnetische Eigenschaften aufweisen. Doch diese sind empfindlich und gehen bisher häufig verloren, wenn die Moleküle an anorganischen Materialien befestigt werden, die nötig sind, um den Strom zu leiten. Deshalb hat ein Team von Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich, der Universität Göttingen, des US-amerikanischen Massachusetts Institute of Technology, des kroatischen Rudjer Boskovic Institute und des indischen IISER-Kolkata eine neue Strategie verfolgt und die unvermeidbaren Wechselwirkungen zwischen Molekül und Untergrund gezielt ausgenutzt, um eine molekular-magnetische Hybrid-Schicht mit den gewünschten Eigenschaften zu erzeugen.

Auf eine magnetische Schicht aus Kobalt brachten die Forscher das für sich genommen nichtmagnetische Zinkmethylphenylalenyl, kurz ZMP auf, ein kleines metallorganisches Molekül. Sie zeigten, dass das ZMP erst gemeinsam mit der Kobaltoberfläche ein magnetisches „Sandwich“ bildet und dass dieses sich durch magnetische Felder gezielt zwischen zwei magnetischen Zuständen hin- und herschalten lässt. Dabei ändert sich der elektrische Widerstand des Schichtsystems um mehr als 20 Prozent. Um solche so genannten „magnetoresistiven“ Effekte, die für das Speichern, Verarbeiten und Messen von Daten eingesetzt werden können, in molekularen Systemen zu erzeugen, benötigten Forscher bisher oft Temperaturen weit unter minus 200 Grad Celsius.

„Unser System ist schon bei vergleichsweise warmen minus 20 Grad Celsius stark magnetoresistiv. Dies ist ein deutlicher Fortschritt auf dem Weg zur Entwicklung von Moleküldatenspeichern und -rechenelementen, die bei Raumtemperatur funktionieren“, freut sich der Jülicher Wissenschaftler Dr. Nicolae Atodiresei, theoretischer Physiker am Peter Grünberg Institut und am Institute for Advanced Simulation. Bei der Entwicklung eines physikalischen Modells, das die Eigenschaften des Materials erklärt, mit Hilfe von Berechnungen an Jülicher Supercomputern waren er und seine Jülicher Kollegen federführend.

„Nun wissen wir, dass es entscheidend ist, dass das Molekül praktisch flach ist“, berichtet Atodiresei. „Dann bilden jeweils zwei Moleküle einen Stapel und lagern sich dicht an der Kobaltoberfläche an. Das Kobalt und das untere Moleküle bilden das magnetische Sandwich, das obere Molekül wirkt als `Spinfilter´ und lässt vorwiegend Elektronen passieren, deren Spins passend ausgerichtet sind.“ Die Ausrichtung lässt sich zum Beispiel mit einem Magnetfeld steuern. Aufbauend auf ihren Erkenntnissen wollen die Forscher ihr Sandwichsystem nun weiter optimieren und so variieren, dass sich die Filterwirkung auch durch elektrische Felder und Lichtpulse steuern lässt.

Originalveröffentlichung:
Interface-engineered templates for molecular spin memory devices;
K.V. Raman et al.; Nature (Ausgabe vom 24.1.2013) ; DOI: 10.1038/nature11719

Weitere Informationen:
Forschungszentrum Jülich:
http://www.fz-juelich.de
Institutsbereich „Quanten-Theorie der Materialien“ (PGI-1/IAS-1): http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-1/DE/Home/
Universität Göttingen:
http://www.uni-goettingen.de/de/28446.html
und http://www.ph1.physik.uni-goettingen.de/
Massachusetts Institute of Technology:
http://web.mit.edu/fbml/, http://dmse.mit.edu/ und http://web.mit.edu/physics/
Rudjer Boskovic Institute:
http://thphys.irb.hr/
IISER-Kolkata:
http://chem.iiserkol.ac.in/

Ansprechpartner:
Dr. Nicolae Atodiresei,
Quanten-Theorie der Materialien (PGI-1/IAS-1),
Forschungszentrum Jülich,
Tel 02461 61-2859,
E-Mail: n.atodiresei@fz-juelich.de

Pressekontakt:
Angela Wenzik,
Wissenschaftsjournalistin,
Forschungszentrum Jülich,
Tel. 02461 61-6048,
E-Mail: a.wenzik@fz-juelich.de

Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Cybersicherheit für die Bahn von morgen
24.03.2017 | Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie SIT

nachricht Schutz vor Angriffen dank flexibler Programmierung
22.03.2017 | FZI Forschungszentrum Informatik am Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Zweites Symposium 4SMARTS zeigt Potenziale aktiver, intelligenter und adaptiver Systeme

27.03.2017 | Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Kontinentalrand mit Leckage

27.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Das anwachsende Ende der Ordnung

27.03.2017 | Physik Astronomie

Einfluss der Sonne auf den Klimawandel erstmals beziffert

27.03.2017 | Geowissenschaften