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Presseinformation 101/2011

Nano-Magnetschalter, die sich selbst zusammenbauen

In einem europäischen Team haben Wissenschaftler des KIT-Instituts für Nanotechnologie das winzige Bauteil mitentwickelt. Seine Funktionsweise beschreiben sie im Juli in Nature Materials.
„Selbstorganisiert“ zum Nano-Schalter: Magnetische Moleküle (grün) ordnen sich auf einer Kohlenstoffnanoröhre (schwarz) an, um ein elektronisches Bauteil zu bauen. (Abbildung: C. Gruppe, KIT)
„Selbstorganisiert“ zum Nano-Schalter: Magnetische Moleküle (grün) ordnen sich auf einer Kohlenstoffnanoröhre (schwarz) an, um ein elektronisches Bauteil zu bauen. (Abbildung: C. Gruppe, KIT)

Magnetische Speichermedien wie Festplatten haben den Umgang mit Informationen revolutioniert: Täglich gehen wir mit riesigen Mengen magnetisch gespeicherter Daten um, elektronische Bauteile mit hoher Empfindlichkeit sind dafür die Basis. Um die Datenkapazitäten weiter zu erhöhen, sind noch wesentlich kleinere Bauteile notwendig. Gemeinsam mit Experten aus Grenoble und Straßburg haben Wissenschaftler des Instituts für Nanotechnologie (INT) am KIT einen Nano-Magnetschalter konstruiert – Vorbild war ein Mechanismus aus der Natur.
 
Was tun, wenn es für die Herstellung eines derartig winzigen Bauteils keine Werkzeuge mehr gibt? Eine Möglichkeit: Man bringt die Einzelteile dazu, sich eigenständig zu dem gewünschten Produkt zusammenzufügen. Das Forscherteam um Professor Mario Ruben vom INT hat sich für die Produktion eines Nano-Magnetschalters einen Trick bei der Natur abgeschaut: Die Wissenschaftler brachten synthetische Haftgruppen so an Magnetmoleküle an, dass diese von selbst an der richtigen Position auf einer Nanoröhre andocken. In der Natur entsteht in einem ähnlich selbst-organisierenden Prozess beispielsweise ein grünes Blatt – ganz ohne den Eingriff einer übergeordneten Instanz. Die Einführung solcher Prinzipien in der Herstellung elektronischer Bauteile ist ein Novum und stellt einen Paradigmenwechsel dar.

Den Nano-Magnetschalter hat ein europäisches Team aus Wissenschaftlern des Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Grenoble und des Institut de Physique et Chimie des Matériaux der Universität Straßburg und des INT gemeinsam konstruiert. Eine Besonderheit des Schalters ist, dass er nicht wie konventionelle elektronische Bauteile aus anorganischen Materialien wie Silizium, Metallen, Oxiden oder ähnlichem besteht, sondern aus weichen Materialien wie Kohlenstoffnanoröhren und Molekülen.

Magnetisch ist ein einzelnes Metallatom, Terbium, welches in organisches Material eingebettet wird. Das Terbium reagiert hochempfindlich auf externe Magnetfelder. Die Information, wie dieses Atom sich entlang eines solchen Magnetfeldes ausrichtet, wird sehr effektiv an den durch die Nanoröhre fließenden Strom weitergegeben. So gelang es der CNRS-Forschungsgruppe um Dr. Wolfgang Wernsdorfer in Grenoble, den Magnetismus im Umfeld des Nano-Schalters elektrisch auszulesen – dies ermöglicht prinzipiell den Zugang zu höheren Speicherdichten, aber öffnet zugleich Tore zu wesentlich leistungsfähigeren Methoden der Informationsverarbeitung z. B.  in Quantencomputern.  

Die Funktionsweise des Nano-Magnetschalters beschreiben die Wissenschaftler in der Juli-Ausgabe der Zeitschrift Nature Materials (DOI-Nr. 10.1038/Nmat3050)  zunächst für tiefe Temperaturen von um einem Grad Kelvin, das entspricht -272 Grad Celsius. Das Konsortium arbeitet nun darauf hin, die Arbeitstemperaturen des Bauteiles in naher Zukunft weiter steigern zu können.

Link Nature Materials Artikel:
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/pdf/nmat3050.pdf


 

Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9.300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieurs-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 26.000 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen.

tp, 20.06.2011

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Tu-Mai Pham-Huu
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