Nature: Molekül ändert Magnetismus und Leitfähigkeit

[Helios]

Mittels Strom schalten Forscher den magnetischen Zustand und den elektrischen Widerstand eines einzelnen Moleküls an und aus/ Blaupause für neuartige, kompakte Speichermedien


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

Um eine digitale Information, ein Bit, auf einer Festplatte zu speichern, werden etwa drei Millionen Atome belegt. Forscher aus Karlsruhe, Straßburg und Chiba/Japan haben nun einen Speicher entwickelt, indem ein einzelnes Molekül ein Bit trägt. Maßgeblich beteiligt sind Nano-Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Mittels eines Stromimpulses lässt sich das metallorganische Molekül zuverlässig zwischen leitendem, magnetischem und kaum-leitendem, unmagnetischem Zustand umschalten. Über diese für Moleküle neuartige Korrelation berichten die Forscher nun im Fachmagazin Nature Communications (doi: 10.1038/ncomms1940).

„Immer kleinere Bit-Größen in einer Festplatte zu realisieren, wird von dem superparamagnetischen Effekt verhindert“, erklärt Toshio Miyamachi, Erstautor der Studie und Forscher am Center for Functi-onal Nanostructures (CFN) am KIT. Der superparamagnetische Effekt beschreibt, dass unter einer gewissen Größe der magnetischen Speicherkristalle, diese immer anfälliger für thermisches Umschalten werden und deshalb die In-formation 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.“ Neben der ultimativen Dichte von einem Bit pro Molekül hat diese Art des Speicherns mittels sogenannter spin-crossover-Molekülen auch den Vorteil, dass der Schreibvorgang zuverlässig und rein elektrisch von statten geht.

„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 führen also zu verschiedenen Leitfähigkeiten und der magnetische Zustand lässt sich sehr einfach über eine Widerstandsmessung ermitteln.

In der aktuellen Studie legen die Forscher erst die Grundlagen und zeigen die prinzipielle Machbarkeit und Vorteile von Speichern aus spin-crossover-Molekülen. „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.

Beteiligt an der Studie waren die Labore des Center for Functional Nanostructures (CFN) am KIT, das Institut de Physique et Chimie des Matériaux (IPCMS) in Straßburg, das Synchrotron SOLEIL in Paris und die Universität Chiba in Japan.

Quelle: KIT (Karlsruher Instituts für Technologie) - Nature: Molekül ändert Magnetismus und Leitfähigkeit

 

[Thomebau]

Wow, was da an Arbeit drin stecken muss sowas rauszufinden

 

[Schnitzel2k8]

Klingt von der Idee her nicht schlecht. Leider steckt es noch vollständig in den Kinderschuhen. Bis zur Serienreife gehen da bestimmt noch Jahrzehnte ins Land. Vielleicht gehts auch nocht schneller, wenn nur genügend investiert wird und der Wunsch nach einer neuen, praktischen Technologie groß genug ist.

 

[TX-Berg]

Diesen Artikel hatte ich auch gelesen, mein fortführender Gedanke war, Speichersysteme werden kleiner und stabiler, der zweite Gedanke, Nano-Roboter gibt´s schon, die werden auch immer kleiner und wendiger, KI ist zwar auch noch in den Kinderschuhen, aber es wird auch hier nicht mehr lange dauern.
Summasumarum: ein entweder vorbestimmter, oder/und autonomer Nanoxxx (weis nicht wie ich´s benennen sollte?) vielleicht Nano-Robochen, ist geschaffen um in der Größe von vielleicht 1/100mm durch Körper zu "schwimmen" und unerkannt Aktionen, o. Operationen auszuführen!?
Vielleicht haltet ihr mich für :facepalm:, aber ich halte es absolut für machbar.
Was meint ihr?

 

[Ede_123]

Naja, jetzt mal mal den Teufel nicht an die Wand... früher oder später wird sowas auf uns zukommen, und dann erhält das Wörtchen Computervirus eine ganz neue Bedeutung. Aber bis dahin sind's dann doch noch ein paar Jahrzehnte mehr!

Ansonsten ist das eben mal wieder das klassische Fall über den wir jetzt ewig diskutieren könnten. Jede Technologie hat ihre Nutzen und ihre Risiken. Wichtig ist damit verantwortungsvoll umzugehen!


Ich finde es derzeit wahnsinnig spannend, wie Stück für Stück Alternativen zur klassischen Halbleitertechnik gesucht werden. Wir haben die Halbleitertechnik mittlerweile so weit spezialisiert, dass sie zum Standard geworden ist, und kaum noch jemand daran denkt, dass es ja auch anders gehen könnte!

Gerade im Bezug auf Speichermedien ist die Zukunft in meinen Augen so ungewiss wie noch nie: Trotz der hochspezialisierten Halbleitertechnik, beruhten Festplatten bis vor kurzem ausschließlich auf magnetischer Datenspeicherung, einer scheinbar geradezu antiquierten Technik (ein Tonband war nichts anderes). Erst seit kurzem kommen mit den SSDs Speicher auf Basis von Halbleitertechnologie auf den Markt. Trotzdem hat eine HDD heute immer noch die Nase vorn wenn es um Kapazität und Preis geht.
Gerade wenn ich solche Nachrichten lese bin ich jedes mal aufs neue gespannt wie es in Zukunft weitergeht. Ist die SSD wirklich ein Produkt mit Zukunft? Oder nur eine Übergangslösung bis das Speichermedium von morgen entwickelt ist?