Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Verknotete molekulare Magnete

20.10.2014

Effizienter Informationstransport durch organische Moleküle und Skyrmionen

Auf der Suche nach neuen Konzepten für zukünftige Informationstechnologien ist es Wissenschaftlern der Universität Hamburg und des Forschungszentrums Jülich gelungen, molekulare Magnete über ein Gitter aus magnetischen Skyrmionen zu koppeln und digitale Informationen zu übertragen.


Die Abbildung zeigt als Illustration das Skyrmionengitter und die Ferromagnete unter den organischen Molekülen kombiniert mit den realen Messdaten. J. Brede, Arbeitsgruppe Prof. R. Wiesendanger, Universität Hamburg

Wie die Fachzeitschrift "Nature Nanotechnology" berichtet, funktioniert der Informationstransport auch über längere Strecken. Dabei wird lediglich der Spin benutzt, wodurch die Daten-Übertragung im Gegensatz zu herkömmlichen elektronischen Bauteilen kaum Energie verbraucht und mit sehr hoher Geschwindigkeit abläuft.

Getrieben von der rasanten Entwicklung der Informationstechnologie gerade im mobilen Bereich stößt die herkömmliche Halbleiter-Technologie bald an ihre Grenzen. Daher wird schon lange nach neuen effi-zienten Konzepten für den Informationstransport und die Informationsverarbeitung auf kleinstmöglicher Skala gesucht. Einen viel versprechenden Ansatz bietet die Nano-Spintronik, da hier nicht die Ladung der Elektronen genutzt wird, sondern nur deren "Spin".

Dieser Elektronen-Spin ist eine quantenmechanische Eigenschaft und kann vereinfacht als Drehung der Elektronen um ihre eigene Achse verstanden werden. Bereits 2011 hatten Hamburger Physiker ein Spintronik-Logik-Element vorgestellt, das aus ein paar einzel-nen Atomen aufgebaut ist, aber nur bei Temperaturen um den absoluten Nullpunkt (-273°C) funktioniert.

Also wurde nach „robusteren“ magnetischen Strukturen gesucht, die auch bei höheren Temperaturen stabil sind. Dazu boten sich die 2011 in Hamburg entdeckten magnetischen Skyrmionen auf einer Oberfläche an, die man sich als magnetische zweidimensionale Knoten vorstellen kann, bei denen sich die magnetischen Momente mit einem festen Drehsinn innerhalb einer Ebene um 360° drehen.

Doch wie lässt sich dieses Skyrmionengitter für den Datentransport und die Informationsverarbeitung nutzen?

Die Wissenschaftler wiederholten zunächst das Experiment von 2011 und erzeugten einen atomar dünnen Eisenfilm auf einer Iridium-Oberfläche. Das entstandene Skyrmionengitter ließ sich jedoch aufgrund seiner hohen Stabilität von außen nicht beeinflussen, noch konnte man Informationen weiterleiten. Um dieses Problem zu lösen, wurden kostengünstige und leicht zu präparierende organische Moleküle auf das Skyrmionengitter aufgebracht.

Die Moleküle verbanden sich mit den darunterliegenden Eisenatomen der Oberfläche zu molekularen Magneten, die sich ähnlich wie klassische Stabmagnete oder Kompassnadeln verhalten und sich z.B. mit Hilfe eines externen magnetischen Feldes ausrichten lassen. Wie es die Abbil-dung zeigt, konnten je nachdem, welche organischen Moleküle verwendet wurden, unterschiedlich große, maßgeschneiderte Ferromagnete erzeugt werden, die in etwa 10 - 100 Eisenatome beinhalten.

Obwohl die überraschend einfache und effiziente Methode des Maßschneiderns von Magneten auf Ober-flächen bereits Potential für Anwendungen in Speichermedien besitzt, ist die bemerkenswerteste und für die Physiker interessanteste Beobachtung, dass sich die molekularen Magnete durch das Skyrmionengit-ter miteinander „verknoten“ lassen: dreht man die magnetische Ausrichtung eines molekularen Magneten mit Hilfe eines externen magnetischen Feldes um, so dreht sich ebenfalls die magnetische Ausrichtung eines weiteren, weit entfernten molekularen Magneten.

Mit dieser Methode lassen sich Informationen auch über längere Strecken sicher, schnell und energieeffi-zient übertragen, da der eigentliche Transport ohne elektrischen Strom abläuft. Auch sind mit diesem System logische Schaltkreise vorstellbar, die extrem energieeffizient, sehr schnell und unvorstellbar klein sein könnten.

Außerdem hätte die Verwendung des Spins als Übermittler der Information einen weiteren Vorteil: es bleiben alle Informationen auch nach dem Ausschalten eines Bauteils erhalten, da diese mag-netisch und nicht elektronisch gespeichert sind. Dies würde beim Starten eines Gerätes den langwierigen Bootvorgang überflüssig machen, das System würde einfach weiter machen, als wäre es nie ausgeschaltet worden.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Roland Wiesendanger
Sonderforschungsbereich 668
Universität Hamburg
Jungiusstr. 11a, 20355 Hamburg

Tel.: (0 40) 4 28 38 - 52 44
Fax: (0 40) 4 28 38 - 24 09

E-Mail: wiesendanger@physnet.uni-hamburg.de

Weitere Informationen:

http://www.sfb668.de
http://www.nanoscience.de

Heiko Fuchs | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht 3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind
24.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft
24.05.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

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: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten