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Molekulare Datenspeicherung Forscher schalten Magnetismus von einzelnen Molekülen

Redakteur: Nico Litzel

Eine Forschungsgruppe der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ist der Vision einer molekularen Speicherzelle einen großen Schritt nähergekommen.

Computermodell der Doppelschicht von Spincrossover-Molekülen auf einer Goldoberfläche: Mit der Spitze des Rastertunnelmikroskops lassen sich einzelne Moleküle schalten.
Computermodell der Doppelschicht von Spincrossover-Molekülen auf einer Goldoberfläche: Mit der Spitze des Rastertunnelmikroskops lassen sich einzelne Moleküle schalten.
(Bild & Copyright: Holger Naggert & Thiruvancheril Gopakumar)

Gäbe es in der Praxis molekulare Speicherzellen, so wären sie tausendfach kleiner als heute verfügbare Zellen. Moleküle anstelle von elektronischen oder magnetischen Speicherzellen für die Datenspeicherung zu nutzen, würde so die Speichertechnik revolutionieren und ungeahnte Speicherkapazitäten auf kleinstem Raum ermöglichen.

Eine Forschungsgruppe der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ist dieser Vision einen großen Schritt nähergekommen: Den Forscherinnen und Forschern ist es nach Angaben der Universität gelungen, den Magnetismus von einzelnen, sogenannten Spincrossover-Molekülen mithilfe von Elektronenübertragung gezielt ein- und auszuschalten. Die interdisziplinäre Studie des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereiches 677 „Funktion durch Schalten“ belegt, dass das Speichern von Informationen auf Molekülen technisch machbar ist.

„Wir wussten, dass es prinzipiell möglich ist, Information in einem einzelnen Molekül zu speichern, doch Techniken, mit denen sich dies realisieren lässt, werden erst seit Kurzem nach und nach verfügbar“, erläutert Projektleiter Professor Richard Berndt vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der CAU die Motivation zu der Untersuchung.

Gezielte Modifikation von Moleküleigenschaften

Seit den 1980er-Jahren, so Berndt, werden einzelne Moleküle an Oberflächen mit Rastertunnelmikroskopen abgebildet. In der aktuellen Forschung ginge es darum, gezielt bestimmte Moleküleigenschaften zu verändern und damit langfristig technische Anwendungen zu ermöglichen. Auch der Sonderforschungsbereich 677 „Funktion durch Schalten“ an der Kieler Universität befasst sich mit solchen Untersuchungen, um letztlich molekulare Maschinen herstellen zu können.

In der vorliegenden Studie ging es um den Magnetismus eines Moleküls. Mit einem Rastertunnelmikroskop gelang es Berndts Mitarbeiter Dr. Thiruvancheril Gopakumar, die magnetischen Eigenschaften einzelner Moleküle zwischen zwei Zuständen zu schalten. Obwohl die Moleküle dabei in dicht gepackten Schichten lagen, konnte er einzelne Moleküle auswählen und diese gezielt schalten. Die gezielte Kontrolle über einzelne Moleküle macht das Speichern von Informationen möglich. „Weltweit versuchen viele Arbeitsgruppen, die magnetischen Eigenschaften von Molekülen zu beherrschen. Gopakumar bringt mit diesen Messungen das Feld einen wichtigen Schritt voran“, freut sich Berndt.

Die Moleküle (Spincrossover-Komplexe) wurden am Institut für Anorganische Chemie der CAU hergestellt. „Auch wenn die Suche nach geeigneten Molekülen sehr langwierig war, sind wir mit diesem Ergebnis sehr zufrieden“, betont Professor Felix Tuczek, Leiter der Arbeitsgruppe Anorganische Molekülchemie. Als Nächstes, sagt er, wolle man die Moleküle derart verändern, dass sie sich auch mit Licht und bei höheren Temperaturen schalten ließen.

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