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Speichern mit Molekülen Forscherteam kommt superkompakten Speichermedien einen Schritt näher

Redakteur: Nico Litzel

Forscher aus Karlsruhe, Straßburg und Chiba/Japan haben ein metallorganisches Molekül entwickelt, das sich mit einem Stromimpuls zuverlässig zwischen einem leitenden, magnetischen und einem kaum-leitenden, unmagnetischen Zustand umschalten lässt.

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Mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops werden definierte Stromstöße auf das Molekül gegeben, sodass sich dessen magnetischer Zustand ändert.
Mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops werden definierte Stromstöße auf das Molekül gegeben, sodass sich dessen magnetischer Zustand ändert.
(Bild: CFN/KIT)

Derzeit belegt ein auf einer herkömmlichen Festplatte gespeichertes Bit rund drei Millionen Moleküle. Dementsprechend kleine und leistungsfähige Speicher ließen sich erzielen, wenn es im industriellen Maßstab gelänge, ein Bit mithilfe eines einzigen Moleküles zu speichern.

Nach dem Erfolg einer Forschungsgruppe an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel vermeldet jetzt ein weiteres Forscherteam einen Durchbruch auf dem Gebiet der sogenannten Spincrossover-Moleküle.

„Immer kleinere Bit-Größen in einer Festplatte zu realisieren, wird von dem superparamagnetischen Effekt verhindert“, erklärt Toshio Miyamachi, Forscher am Center for Functional Nanostructures (CFN) am Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Der superparamagnetische Effekt beschreibt, dass unter einer gewissen Größe der magnetischen Speicherkristalle diese immer anfälliger für thermisches Umschalten werden und deshalb die Information rasch verloren geht.

„Deshalb haben wir einen anderen Ansatz gewählt und in die Mitte eines organischen Moleküls aus 51 Atomen ein einzelnes magnetisches Eisenatom gesetzt. Die Hülle schützt die Information, die im zentralen Atom gespeichert ist“, so Miyamachi weiter.

Neben der ultimativen Dichte von einem Bit pro Molekül hat diese Art des Speicherns mithilfe sogenannter Spincrossover-Moleküle auch den Vorteil, dass der Schreibvorgang zuverlässig und rein elektrisch vonstatten gehe. „Mittels eines Rastertunnelmikroskops konnten wir definierte Stromstöße auf das nanometergroße Molekül geben“, ergänzt Wulf Wulfhekel, Leiter der Karlsruher Forschergruppe am Physikalischen Institut. „Interessanterweise ändert sich dadurch nicht nur reproduzierbar der magnetische Zustand des Eisens, sondern auch die elektrischen Eigenschaften des Moleküls.“

Die zwei möglichen magnetischen Konfigurationen führten zu verschiedenen Leitfähigkeiten und der magnetische Zustand lasse sich sehr einfach über eine Widerstandsmessung ermitteln. „Diese in einem Molekül kombinierten memristiven und spintronischen Eigenschaften stoßen das Tor zu einem neuen Forschungsfeld auf", sind sich die Forscher sicher. Als Memristoren werden Speicher bezeichnet, die Informationen als Widerstandsänderungen ablegen. Die Spintronik nutzt den magnetischen Spin einzelner Teilchen für die Informationsverarbeitung.

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