Morgendagens datahukommelser:Brug af ny teknologi til at udforske enkeltmolekylemagneter i slowmotion

Ved lagring af data, konventionelle teknikker når i stigende grad deres grænser. Såkaldte enkeltmolekylemagneter kunne give et middel. Forskerhold fra Kaiserslautern og Karlsruhe er ved at undersøge deres opbevaringsegenskaber. Fokus ligger på metaller i molekyler, som er ansvarlige for de magnetiske egenskaber og dermed for opbevaringsegenskaber. Ved hjælp af en ny metode, det er nu lykkedes holdene for første gang at undersøge disse materialer mere detaljeret. Svarende til slowmotion, detaljer kan nu analyseres på en komplementær måde for at finde ud af mere om deres lagerkapacitet. Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie .

Uanset om harddiske, hukommelseschips eller sensorer - magneter gør lagring af data mulig i første omgang. Grundlaget for magnetisme er spin af elektroner, også kendt som det iboende vinkelmomentum. Holdet omkring professor Dr. Volker Schünemann og hans doktorand Lena Scherthan fra Institut for Biofysik og Medicinsk Fysik ved Technische Universität Kaiserslautern (TUK) arbejder på en ny form for magneter, de enkelte molekyle magneter. Sådanne magneter kan gøre det muligt at lagre betydeligt mere information i fremtiden.

"Enkeltmolekylemagneter består af et metalcenter, der er forbundet med såkaldte organiske ligander og dermed danner et molekyle, " sagde Scherthan, den første forfatter til den aktuelle undersøgelse. "Kun visse metaller er egnede til denne type molekyler. Disse omfatter jern, for eksempel, men også mindre kendte kemiske grundstoffer fra lanthanidgruppen, såsom dysprosium, som vi arbejder med." De er også kendt som sjældne jordarters grundstoffer. Det særlige ved dem:Deres elektroner kan generere et magnetisk moment, der er relativt stort for et molekyle. Kaiserslautern-forskergruppen og forskergruppen ledet af kemiker professor Annie K. Powell fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) undersøger lagerkapaciteten af ​​denne slags enkeltmolekylemagneter, og hvordan den kan forbedres.

Ud over, særlige teknikker anvendes:Mössbauer-spektroskopi er en analysemetode, hvor absorptionen af ​​atomkerner undersøges ved hjælp af højenergi-røntgenstråler. På TUK campus, denne metode bruges til at undersøge jernholdige stoffer og endda proteiner. Schünemanns hold brugte en strålingskilde (Advanced Photon Source) ved US Argonne National Laboratory nær Chicago til deres eksperimenter.

For første gang, det har nu været muligt at undersøge en enkelt molekylemagnet med dysprosium som metalcenter ved hjælp af denne metode. "Forsøgene blev udført ved ekstremt lave temperaturer på -269 grader Celsius i flydende helium, " fortsatte fysikeren. Sådanne lave temperaturer er nødvendige, fordi mange af de enkelte molekylemagneter, der er udviklet til dato, kun udviser deres karakteristiske egenskaber under disse forhold.

Ud over, denne spektroskopiske metode giver et mere detaljeret billede af det atomare kosmos. Denne teknik gør det muligt for forskere at drage konklusioner om interaktionerne mellem metalkernen og ligander. "Vi kan undersøge egenskaberne af metalcentret på samme måde som slowmotion, " videnskabsmanden sammenligner den metode, hun præsenterer med sine medforskere i sin nuværende undersøgelse. "Vi ser yderligere information sammenlignet med vores konventionelle metoder. For eksempel, vi kan se, hvor hurtigt systemet vender tilbage til sin oprindelige tilstand, og hvor lang molekylets opbevaringstid er."

Målet for Kaiserslautern- og Karlsruhe-forskningsgrupperne er bedre at forstå de karakteristiske egenskaber ved enkeltmolekylemagneter for strategisk at udvikle yderligere systemer. Ud over systemer, der kun har et enkelt metalcenter, TUK-teamet og professor Powells gruppe undersøger også egenskaberne af enkeltmolekylemagneter, der har to eller flere metalcentre. Fokus er her på samspillet mellem metallerne. "Dette kan føre til bedre opbevaringsadfærd, " sagde Scherthan.

Arbejdet fandt sted inden for rammerne af Transregio Collaborative Research Center "Cooperative Effects in Homo and Heterometallic Complexes" (SFB/TRR 883 MET). Forskerhold fra kemi og fysik arbejder tværfagligt på molekylære systemer med to til fire metalcentre. Et af målene er at udvikle nye egenskaber og funktioner på molekylært niveau, for eksempel for at opnå mere effektive materialer til magnetisk lagring eller mere effektive katalysatorer til kemiske reaktioner.

Undersøgelsen blev offentliggjort i det anerkendte tidsskrift Angewandte Chemie .