Forskerteam gemmer oplysninger om et enkelt molekyle

I løbet af de sidste par år har byggestenene i lagermedier er blevet stadig mindre. Men yderligere miniaturisering af den nuværende teknologi forhindres af grundlæggende grænser for kvantemekanik. En ny tilgang består i at bruge såkaldte spin-crossover-molekyler som den mindst mulige lagerenhed. Ligesom normale harddiske, disse særlige molekyler kan gemme information via deres magnetiske tilstand. For at gøre det, de skal placeres på overflader uden at skade deres evne til at gemme oplysningerne.

Et forskerhold fra Kiel University har nu ikke kun med succes placeret en ny klasse af spin-crossover-molekyler på en overflade, de har også brugt interaktioner, der tidligere blev betragtet som obstruerende for at forbedre molekylets lagerkapacitet. Lagertætheden af ​​konventionelle harddiske kan derfor teoretisk set øges med mere end 100 gange, og databærere kunne gøres betydeligt mindre. Forskerne har offentliggjort deres resultater i Nano bogstaver .

Differentieringen mellem to muligheder er det mindste stykke information, som en computer kan gemme. bits, som den mindste elektroniske lagerenhed, er de grundlæggende byggesten til alle oplysninger, der er gemt på harddiske. De præsenteres som en sekvens af nuller og én. I løbet af de sidste par år har lagringsmedier er blevet stadig mindre, mens deres kapacitet til at gemme oplysninger er steget. En bit på en harddisk kræver nu kun et mellemrum på omkring 10 x 10 nanometer. Dette er stadig for stort til miniaturiserende komponenter, imidlertid.

"Den teknologi, der i øjeblikket bruges til at gemme data på harddiske, når nu kvantemekanikkens grundlæggende grænser på grund af bitens størrelse. Den kan ikke blive mindre, fra dagens perspektiv, "siger Torben Jasper-Tönnies, ph.d. -forsker i professor Richard Berndts arbejdsgruppe ved Kiel University's Institute of Experimental and Applied Physics. Han og hans kolleger brugte et enkelt molekyle til at kode lidt for at demonstrere et princip, der kunne muliggøre endnu mindre harddiske med mere lagerplads i fremtiden. "Vores molekyle er kun et kvadrat nanometer stort. Selv med dette alene, lidt kunne være kodet i et område, der er 100 gange mindre end det, der aktuelt kræves, "siger Dr. Manuel Gruber. Dette ville være endnu et skridt i retning af at flytte grænserne for kvantefysik inden for lagringsteknologi.

Molekylet, som forskergruppen brugte, kan antage to forskellige magnetiske tilstande, og når den er fastgjort til en særlig overflade, den kan også ændre sin forbindelse til overfladen. Det kan derefter skiftes mellem en høj og lav magnetisk tilstand, og drejet 45 grader. "Når det overføres til lagringsteknologi, vi ville være i stand til at skildre oplysninger om tre stater - de er 0, 1 og 2, "forklarede Jasper-Tönnies." Som lagerenhed, vi ville ikke have lidt, vi ville have en 'trit'. Binær kode ville blive trinær kode. "

Udfordringen for forskerne var at finde et passende molekyle og en passende overflade, samt at bruge den korrekte metode til at forbinde de to på en måde, der stadig ville tillade dem at arbejde. "Magnetiske molekyler, såkaldte spin-crossover-molekyler, er meget følsomme og let beskadigede. Vi var nødt til at finde en måde at fastgøre molekylet til overfladen uden at påvirke dets skifteevne, "forklarede Gruber.

Deres eksperimenter gav endelig gevinst:Kemikere fra professor Felix Tuczeks arbejdsgruppe ved Institut for Uorganisk Kemi syntetiserede et magnetisk molekyle af en særlig klasse (et såkaldt Fe (III) spin-crossover-molekyle). Fysikere Jasper-Tönnies, Gruber og Sujoy Karan var i stand til at deponere dette molekyle på en kobbernitridoverflade ved hjælp af fordampning. Brug af elektricitet, det kan skiftes mellem forskellige spin -tilstande, og også mellem to forskellige retninger (i den såkaldte lav-spin-tilstand). Den fine spids af et scanning-tunneling mikroskop (STM) fungerer som en harddisks læse- og skrivehoved i deres eksperimenter. Det gør det muligt for molekylet ikke kun at blive "skrevet" som et lagringsmedium, men også at blive "læst" ved hjælp af elektricitet.

Inden disse molekyler kan bruges som datalagring på et industrielt niveau, yderligere undersøgelse skal foretages. Ja, beviset på princippet demonstreres ved hjælp af omfangsrigt udstyr, og yderligere arbejde er påkrævet for at integrere en sådan molekylær hukommelse på en lille chip.