Wissenschaftler präsentieren den Datenspeicher der Zukunft

Einzelmolekülmagnete (Single-molecule magnets, SMM) sind in letzter Zeit stark in den Fokus gerückt. Die Nachfrage nach schnelleren, langlebigeren und energiesparenderen IT-Systemen wächst nämlich, genau wie der Bedarf an höheren Speicherkapazitäten für Daten.

Mit Teilförderung über das EU-finanzierte Projekt PhotoSMM konnten Forscher ein neuartiges Design von SMM vorstellen, das die Datenspeicherung auf Nanoebene möglich machen könnte. Ihre Ergebnisse haben sie vor Kurzem im Journal „Angewandte Chemie“ veröffentlicht. SMM sind Komplexverbindungen, die magnetische Informationen bei niedrigen Temperaturen speichern können. Wie Dr. Lucie Norel, eine der Forscherinnen im Team, erklärt, liegt es am „häufigen Einsatz von magnetbasierter Datenspeicherung in unserem Alltag, dass SMM, die ja zwischen zwei Zuständen mit entgegengesetzter Magnetisierung umschalten können, so große Aufmerksamkeit bekommen.“

Mit Blick auf die Projektziele bei CORDIS fügte sie hinzu: „SMM-Systeme, deren optische und magnetische Eigenschaften sich im magnetischen Feld und unter Lichteinfluss ändern, haben großes Potenzial, weil so auf einem einzelnen Molekül dieselben magnetooptischen Effekte erzielt werden können wie sie aktuell in Datenspeichertechnologien zum Einsatz kommen.“

Grenzen der SMM

Festplatten von Computern bestehen aus magnetischem Material, das digitale Signale aufzeichnet. Je kleiner die winzigen Magnete sind, desto mehr Daten können sie speichern. Festplattenlaufwerke bewegen sich zwar inzwischen in Größen von tausend Gigabyte statt wie früher im zweistelligen Bereich, aber trotzdem besteht Bedarf an neuen Datenspeichern, die bei hoher Speicherdichte energieeffizient sind. Zum Beispiel hat 2017 eine Gruppe von Forschern bei IBM das kleinste magnetische Speichergerät der Welt vorgestellt, das um ein einziges Atom herum gebaut war (siehe die dazugehörige Publikation im Magazin IEEE Spectrum). Dank der neu entwickelten chemischen Synthesemethoden der SMM-Forscher ist es auch möglich, Moleküle mit maßgeschneiderten magnetischen Eigenschaften zu erstellen, die in Quantencomputern zum Einsatz kommen könnten.

Trotzdem können diese Technologien noch nicht eins zu eins vom Labor auf den Großmaßstab übertragen werden, weil sie noch nicht bei Raumtemperatur funktionieren und sehr teure Kühlverfahren nötig sind. Einzelne Atome und SMM könnten beispielsweise mit -269 °C kaltem flüssigem Helium gekühlt werden. Außerdem sind die meisten starken Molekülmagneten ziemlich instabil, wenn sie mit Luft oder Wasser in Berührung kommen. Deswegen haben sich die Forscher darauf konzentriert, die Temperaturen, bei denen ein magnetischer Speichereffekt zu beobachten ist, zu erhöhen.

Forscher des Institute of Chemical Sciences in Rennes haben gemeinsam mit einem Team der University of California in Berkeley SMM kreiert, die auch in Anwesenheit von Luft eingestellt werden können. Das ist nach Aussagen des Teams für den potenziellen Einsatz der SMM in der magnetischen Datenspeicherung sehr wichtig. Die Autoren erklärten dazu: „Erstmalig wurden Dysprosiumkomplexe mit einem einzähnigen Fluoridliganden als luftbeständige Verbindungen entwickelt.“

Dysprosium (Dy) ist ein chemisches Element aus der Gruppe der Lanthanoide. In ihrem Artikel in „Angewandte Chemie“ schließen sie wie folgt: „Wir haben die ersten Dy(III)-Komplexe mit einzähnigen Fluoridliganden vorgestellt und den Einfluss dieser hoch elektrostatischen Interaktion zwischen Metall und Ligand auf die Elektronenstruktur untersucht.“

Das Projekt PhotoSMM („Single Molecule Magnets light-switching with photochromic ligands“) soll nun zeigen, dass ein Lichtreiz eine Änderung der magnetischen und optischen Eigenschaften monometallischer oder bimetallischer SMM hervorrufen kann.

Weitere Informationen:

Projekt PhotoSMM