Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Rechnen mit Neodym

24.09.2013
Vielversprechender Kandidat für die Informationsverarbeitung mit magnetischen Molekülen

Magnetische Moleküle gelten als aussichtsreiche Schaltelemente für die Informationsverarbeitung der Zukunft. Ein interdisziplinäres Forscherteam aus Jülich und Aachen hat jetzt erstmals besonders robuste magnetische Moleküle hergestellt, deren magnetische Informationen sich auf direktem Weg elektrisch auslesen lassen.


Mit der wenige Atome großen Spitze eines Rastertunnelmikroskops (oben) leiteten die Forscher elektrischen Strom durch ein magnetisches Doppeldeckermolekül, das sie zuvor auf einer Kupferschicht platziert haben. Im Zentrum befindet sich ein Neodym-Atom (rot).

Forschungszentrum Jülich

Möglich wurde dies durch die Wahl des Selten-Erd-Metalls Neodym als zentralen Baustein des Moleküls. Die Forschungsergebnisse hat die renommierten Fachzeitschrift „Nature Communications“ heute online veröffentlicht (DOI: 10.1038/ncomms3425).

Die Verkleinerung von Prozessoren nähert sich zunehmend den physikalischen Grenzen. Gleichzeitig nimmt der weltweite Energieverbrauch durch die Informations- und Kommunikationstechnologie ständig zu und verlangt neue Ansätze, um das immer umfangreichere Datenaufkommen zu bewältigen. Einen Ausweg bieten magnetische Moleküle. Sie könnten die Rolle klassischer Elektronikbausteine wie Dioden oder Transistoren übernehmen. Im Gegensatz zu jenen lassen sie sich schon mit minimaler Spannung – und somit stark reduziertem Energieverbrauch – steuern und weisen wesentlich ausgefeiltere Schaltfunktionen auf, die vom Magnetismus der Moleküle abhängen.

Magnetische Moleküle fungieren wie winzige Magnete und können Informationen in Form von Stromsignalen verarbeiten. Die Zahl ihrer Atome ist stets gleich, und sie können funktionsspezifisch designt und preisgünstig in immer wieder identischer Form hergestellt werden. Um diese sogenannte „molekulare Spinelektronik“ technisch nutzen zu können, muss die magnetische Struktur der Moleküle gut abgeschirmt vor Umwelteinflüssen, gleichzeitig aber auch zugänglich für elektrischen Strom sein.

„Man könnte auch sagen, Strom und Magnetismus müssen miteinander kommunizieren können“, sagt Dr. Daniel Bürgler vom Forschungszentrum Jülich und der Jülich Aachen Research Alliance. Das Jülich-Aachener Team, dem der Physiker angehört, hat ein Molekül hergestellt, das diese Anforderungen erfüllt: „Bei Neodym-Phthalocyanin beteiligen sich dieselben Elektronen, die den Magnetismus erzeugen, auch am elektrischen Transport“, erläutert Bürgler. Dies konnten die Forscher durch den Vergleich simulierter Daten mit experimentellen Werten nachweisen.

Das Metall Neodym gehört zu den Seltenen Erden. Moleküle aus Selten-Erd-Atomen und Phthalocyaninen, die in der Natur als Blattfarbstoffe vorkommen, gelten als besonders stabil und schirmen den magnetischen Zustand der zentralen Selten-Erd-Atome gut ab. Bisher war es aber nicht gelungen, diese magnetischen Informationen direkt auf elektrischem Weg aus den Molekülen auszulesen. Denn die elektrische Kontaktierung dieser Moleküle führte bisher dazu, dass der elektrische Strom kaum von der magnetischen Struktur beeinflusst wurde.

Um ein geeignetes Selten-Erd-Atom zu identifizieren, hatten die Forscher die Verteilung der Elektronen analysiert, die die Atome wie eine Wolke umschwirren. Nur einige der Elektronen erzeugen die magnetische Struktur. Diese sollten tief genug in der Elektronenwolke liegen, um nicht von Umgebungseinflüssen beeinträchtigt zu werden. Gleichzeitig durften sie nicht so tief liegen, dass sie nicht mehr mit den Elektronen interagieren können, die den elektrischen Strom leiten. Genau diese Bedingungen erfüllt Neodym, weil es leichter ist als andere Lanthanoide und sich seine Elektronen in einer größeren Wolke verteilen.

Originalveröffentlichung:
Accessing 4f-states in single-molecule spintronics;
S. Fahrendorf et al.;
Nature Communications, published online 24 September 2013, DOI: 10.1038/ncomms3425

Weitere Informationen:

http://www.fz-juelich.de
- zur Pressemitteilung
http://www.jara.org/de/research/jara-fit/
- Jülich Aachen Research Alliance – Fundamentals of Future Information Technology
http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-6/DE/Home/home_node.html
- Peter Grünberg Institut – Elektronische Eigenschaften (PGI-6)
http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-1/DE/Home/
- Peter Grünberg Institut und Institute for Advanced Simulation - Quanten-Theorie der Materialien (PGI-1/IAS-1)
http://www.ac.rwth-aachen.de/extern/ak-koegerler/
- Institut für Anorganische Chemie – Molekularer Magnetismus
Ansprechpartner:
Dr. Daniel Bürgler, Forschungszentrum Jülich, Peter Grünberg Institut, Elektronische Eigenschaften (PGI-6), Tel 02461 61-4214, E-Mail: d.buergler@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 Physik Astronomie:

nachricht Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Im Focus: Deep inside Galaxy M87

The nearby, giant radio galaxy M87 hosts a supermassive black hole (BH) and is well-known for its bright jet dominating the spectrum over ten orders of magnitude in frequency. Due to its proximity, jet prominence, and the large black hole mass, M87 is the best laboratory for investigating the formation, acceleration, and collimation of relativistic jets. A research team led by Silke Britzen from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, has found strong indication for turbulent processes connecting the accretion disk and the jet of that galaxy providing insights into the longstanding problem of the origin of astrophysical jets.

Supermassive black holes form some of the most enigmatic phenomena in astrophysics. Their enormous energy output is supposed to be generated by the...

Im Focus: Neu entdeckter Exoplanet könnte bester Kandidat für die Suche nach Leben sein

Supererde in bewohnbarer Zone um aktivitätsschwachen roten Zwergstern gefunden

Ein Exoplanet, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt einen roten Zwergstern umkreist, könnte in naher Zukunft der beste Ort sein, um außerhalb des...

Im Focus: Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt

Sie erlauben energiesparendes Schalten innerhalb von Nanosekunden, und die gespeicherten Informationen bleiben auf Dauer erhalten: ReRAM-Speicher gelten als Hoffnungsträger für die Datenspeicher der Zukunft.

Wie ReRAM-Zellen genau funktionieren, ist jedoch bisher nicht vollständig verstanden. Insbesondere die Details der ablaufenden chemischen Reaktionen geben den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

Licht - ein Werkzeug für die Laborbranche

20.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligenter Werkstattwagen unterstützt Mensch in der Produktion

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten