Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz k?nnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man f¨¹r eine Informationseinheit (in der bin?ren Digitaltechnik eine Null oder eine Eins) bloss ein einziges Atom oder ein kleines Molek¨¹l br?uchte. Theoretisch ist dies m?glich, denn bestimmte Atome lassen sich so magnetisieren, dass die Magnetisierung nur zwei Richtungen annehmen kann: ?Spin up? oder ?Spin down?. In der Abfolge der Magnetisierungsrichtung vieler Molek¨¹le liessen sich so Informationen speichern.

Auf dem Weg zu Einzelmolek¨¹lmagnet-Datenspeichern gibt es allerdings noch einige H¨¹rden zu ¨¹berwinden. Molek¨¹le zu finden, die die magnetische Information nicht nur kurzfristig, sondern auch dauerhaft speichern, ist nicht einfach. Und noch schwieriger ist es, solche Molek¨¹le f¨¹r den Bau von Datenspeichern auf einer festen Unterlage anzuordnen. F¨¹r letzteres hat ein internationales Forscherteam unter Leitung von Chemikern der ETH Z¨¹rich nun eine neue Methode geschaffen. Gegen¨¹ber anderen Ans?tzen bietet sie zahlreiche Vorteile.

Atom mit Oberfl?che verschmolzen

Christophe Cop¨¦ret, Professor am Laboratorium f¨¹r Anorganische Chemie der ETH Z¨¹rich, und sein Team entwickelten ein Molek¨¹l, in dessen Zentrum ein Dysprosium-Atom sitzt (Dysprosium ist ein Metall, das zu den seltenen Erden geh?rt). Umgeben ist dieses Atom von einem Molek¨¹lger¨¹st, das als Transportvehikel dient. Ausserdem entwickelten die Wissenschaftler eine Methode, um die Molek¨¹le auf der Oberfl?che von Siliziumdioxid-Nanopartikeln zu deponieren und mit diesen bei 400 Grad Celsius zu fusionieren. Das Transportger¨¹st zerf?llt dabei, und es entstehen Nanopartikel, deren Oberfl?che mit einzelnen freistehenden Dysprosium-Atomen durchsetzt ist. Wie Tests ergaben, k?nnen diese Atome magnetisiert werden, und sie behalten ihre Magnetisierungsrichtung aufrecht.

Die Magnetisierung funktioniert derzeit nur bei rund minus 270 Grad Celsius (nahe dem absoluten Temperatur-Nullpunkt), und sie h?lt auch nur maximal etwas mehr als eineinhalb Minuten an. Die Wissenschaftler suchen daher nach Ans?tzen, die Magnetisierung auch bei h?heren Temperaturen und ¨¹ber l?ngere Zeit stabil zu halten. Und sie sind auf der Suche nach Methoden, die Atome statt mit Nanopartikeln mit einer flachen Unterlage fusionieren.

Einfache Herstellung

Zu den Vorteilen der neuen Methode geh?rt, dass sie denkbar einfach ist. ?Dysprosium-best¨¹ckte Nanopartikel lassen sich in jedem Chemielabor herstellen. Es braucht dazu weder einen Reinraum noch komplexe Apparaturen?, sagt Florian Allouche, Doktorand in Cop¨¦rets Gruppe. Ausserdem k?nnen die magnetisierbaren Nanopartikel bei Raumtemperatur aufbewahrt werden, und sie sind wiederverwendbar.

Alternative Herstellungsmethoden bestehen zum Beispiel darin, eine Fl?che mit einzelnen Atomen zu bedampfen. So hergestellte Materialien sind jedoch nur bei sehr tiefen Temperaturen stabil. Oder es k?nnen Molek¨¹le mit idealen magnetischen Eigenschaften auf eine Unterlage gebracht werden. Bei diesem Prozess werden die magnetischen Eigenschaften jedoch oft negativ beeinflusst.

Im Rahmen dieses Forschungsprojekts arbeiteten die ETH-Wissenschaftler mit Kollegen an den Universit?ten von Lyon und Rennes, am Coll¨¨ge de France in Paris, am Paul-Scherrer-Institut in Villigen und am Berkeley National Laboratory in den USA zusammen.