Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van chemici van ETH Zürich heeft een methode ontwikkeld om enkele magnetiseerbare atomen op een oppervlak te deponeren. Dit is vooral interessant voor de ontwikkeling van nieuwe miniatuurgegevensopslagapparaten.

Het idee is intrigerend:als er maar een enkel atoom of een klein molecuul nodig was voor een enkele gegevenseenheid (een nul of een in het geval van binaire digitale technologie), enorme hoeveelheden gegevens kunnen worden opgeslagen in de kleinste hoeveelheid ruimte. Dit is theoretisch mogelijk, omdat bepaalde atomen in slechts één van de twee mogelijke richtingen kunnen worden gemagnetiseerd:"spin up" of "spin down". Informatie zou dan kunnen worden opgeslagen en gelezen door de volgorde van de magnetisatierichtingen van de moleculen.

Echter, er moeten nog verschillende obstakels worden overwonnen voordat gegevensopslag met één molecuul magneet werkelijkheid wordt. Het vinden van moleculen die de magnetische informatie permanent en niet slechts vluchtig kunnen opslaan, is een uitdaging, en het is nog moeilijker om deze moleculen op een vast oppervlak te rangschikken om gegevensdragers te bouwen. Om het laatste probleem aan te pakken, een internationaal team van onderzoekers onder leiding van chemici van ETH Zürich heeft nu een nieuwe methode ontwikkeld die tal van voordelen biedt ten opzichte van andere benaderingen.

Atomen samensmelten met het oppervlak

Christophe Copéret, een professor aan het Laboratorium voor Anorganische Chemie aan de ETH Zürich, en zijn team ontwikkelden een molecuul met een dysprosium-atoom in het midden (dysprosium is een metaal dat behoort tot de zeldzame-aarde-elementen). Dit atoom is omgeven door een moleculaire steiger die als drager dient. De wetenschappers ontwikkelden ook een methode om dergelijke moleculen op het oppervlak van silica-nanodeeltjes te deponeren en ze te versmelten door ze te gloeien bij 400 graden Celsius. De moleculaire structuur die als vehikel wordt gebruikt, desintegreert tijdens het proces, wat nanodeeltjes oplevert met dysprosiumatomen die goed verspreid zijn aan hun oppervlak. De wetenschappers toonden aan dat deze atomen gemagnetiseerd kunnen worden en hun magnetische informatie behouden.

Het magnetisatieproces werkt momenteel alleen rond de min 270 graden Celsius (bijna het absolute nulpunt), en de magnetisatie kan tot anderhalve minuut worden gehandhaafd. De wetenschappers zoeken daarom naar methoden waarmee de magnetisatie bij hogere temperaturen en voor langere tijd kan worden gestabiliseerd. Ze zoeken ook naar manieren om atomen aan een plat oppervlak te laten samensmelten in plaats van aan nanodeeltjes.

Eenvoudige voorbereiding

Een van de voordelen van de nieuwe methode is de eenvoud. "Nanodeeltjes gebonden met dysprosium kunnen in elk chemisch laboratorium worden gemaakt. Er zijn geen cleanroom en complexe apparatuur nodig, " zegt Florian Allouche, een doctoraatsstudent in de groep van Copéret. In aanvulling, de magnetiseerbare nanodeeltjes kunnen bij kamertemperatuur worden bewaard en hergebruikt.

Andere bereidingsmethoden omvatten de directe afzetting van individuele atomen op een oppervlak, toch zijn de verkregen materialen alleen stabiel bij zeer lage temperaturen, voornamelijk vanwege de agglomeratie van deze individuele atomen. Alternatief, moleculen met ideale magnetische eigenschappen kunnen op een oppervlak worden afgezet, maar deze immobilisatie heeft vaak een negatieve invloed op de structuur en de magnetische eigenschappen van het uiteindelijke object.