Auf dem Weg zu molekularen Datenspeichern?

Gemeinsame Publikation der Mülheimer Max-Planck-Institute in Nature Communications

2D-Darstellung von molekularen Schwingungen eines Einzel-Molekül-Magneten als Funktion von starken angelegten Magnetfeldern bis 14 Tesla. Diese sogenannten Phononen sind als farbige vertikale Spuren gezeigt, je nach Intensität. Einige Bänder ändern ihre Energie (in cm-1) und Intensität in charakteristischer Weise, z.B. die bei 120 - 130 cm-1 bei ca. 8 Tesla. Die so entstandene Beinahe-Kreuzung enttarnt das Auftauchen eines sonst unsichtbaren magnetischen Energiezustand des paramagnetischen Materials im Bereich der Schwingungszustände. Reprinted with permission from Nature Communications 2018, Vol. 9, Article number 2572, Copyright 2018 Springer Nature Publishing AG http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Sogenannte Einzel-Molekül-Magnete (Engl. SMM – single molecule magnets) sind spannende Forschungsobjekte wegen ihrer Fähigkeit unter dem Einfluss von magnetischen Feldern zwischen zwei Zuständen ‚schalten’ zu können. Sie könnten damit die Bausteine für ultimativ miniaturisierte Datenspeicher darstellen, wenn es gelingen würde, die Schaltzustände über längere Zeit nicht nur bei Temperaturen des flüssigen Heliums sondern idealerweise auch bei Raumtemperatur zu erhalten.

In der Praxis führt aber die mikroskopische Wärmebewegung der Materie zu ungewollten Schaltvorgängen der molekularen Schaltpunkte und damit zum Verlust der magnetischen Information. Man kann hoffen, Methoden zu finden, die solche ‚Kurzschlüsse’ systematisch vermeiden, wenn es gelingt, das quantenmechanische Zusammenspiel von magnetische Zuständen und Wärmebewegung tiefgehend zu verstehen.

Einer Forschergruppe der beiden Mülheimer Max-Planck-Institute für Kohlenforschung und Chemische Energiekonversion ist es nun zum ersten Mal in Zusammenarbeit mit amerikanischen Forschern am National High Magnetic Field Laboratory in Tallahassee (USA) und weiteren Laboratorien gelungen, den Einfluss der Wärmebewegung auf Einzel-Molekül-Magnete direkt zu beobachten und im Detail zu verstehen. Die Mülheimer Forscher konnten mit ihren fortgeschrittenen quantenmechanischen Methoden und theoretischen Modellen die ungewöhnlichen und spannenden Phänomene erklären, die die amerikanischen Kollegen mit ihren sehr aufwändigen Spektrometern beobachtet hatten. Die Ergebnisse wurden kürzlich in <link https: www.nature.com articles s41467-018-04896-0 _blank external-link-new-window internal link in current>Nature Communications veröffentlicht.

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