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 Drei Generationen an Sternen unter einem Dach
27.07.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Physiker designen ultrascharfe Pulse
27.07.2017 | Universität Innsbruck

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: Physiker designen ultrascharfe Pulse

Quantenphysiker um Oriol Romero-Isart haben einen einfachen Aufbau entworfen, mit dem theoretisch beliebig stark fokussierte elektromagnetische Felder erzeugt werden können. Anwendung finden könnte das neue Verfahren zum Beispiel in der Mikroskopie oder für besonders empfindliche Sensoren.

Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht und Röntgenstrahlung sind Beispiele für elektromagnetische Wellen. Für viele Anwendungen ist es notwendig, diese Strahlung...

Im Focus: Physicists Design Ultrafocused Pulses

Physicists working with researcher Oriol Romero-Isart devised a new simple scheme to theoretically generate arbitrarily short and focused electromagnetic fields. This new tool could be used for precise sensing and in microscopy.

Microwaves, heat radiation, light and X-radiation are examples for electromagnetic waves. Many applications require to focus the electromagnetic fields to...

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Aus Potenzial Erfolge machen: 30 Rittaler schließen Nachqualifizierung erfolgreich ab

27.07.2017 | Unternehmensmeldung

Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie