Onderzoekers van de Universiteit van Basel hebben een nieuwe methode gerapporteerd waarmee de fysieke toestand van slechts enkele atomen of moleculen binnen een netwerk kan worden gecontroleerd. Het is gebaseerd op de spontane zelforganisatie van moleculen tot uitgebreide netwerken met poriën van ongeveer een nanometer groot. In het journaal Klein , de natuurkundigen rapporteerden over hun onderzoek, die van bijzonder belang kunnen zijn voor de ontwikkeling van nieuwe opslagapparaten.

Rond de wereld, onderzoekers proberen apparaten voor gegevensopslag te verkleinen om een ​​zo groot mogelijke opslagcapaciteit te bereiken in een zo klein mogelijke ruimte. In bijna alle vormen van media, faseovergang wordt gebruikt voor opslag. Voor het maken van cd's, bijvoorbeeld, er wordt een heel dun vel metaal in het plastic gebruikt dat binnen microseconden smelt en vervolgens weer stolt. Dit mogelijk maken op het niveau van atomen of moleculen is het onderwerp van een onderzoeksproject onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Basel.

De fase van individuele atomen voor gegevensopslag wijzigen

In principe, een faseverandering op het niveau van individuele atomen of moleculen kan worden gebruikt om gegevens op te slaan; dergelijke opslagapparaten bestaan ​​al in onderzoek. Echter, ze zijn zeer arbeidsintensief en duur om te vervaardigen. De groep onder leiding van professor Thomas Jung aan de Universiteit van Basel werkt aan de productie van zulke kleine opslageenheden die uit slechts een paar atomen bestaan ​​met behulp van het proces van zelforganisatie, waardoor het productieproces enorm wordt vereenvoudigd.

Hiertoe, de groep produceerde eerst een organometallisch netwerk dat eruitziet als een zeef met nauwkeurig gedefinieerde gaten. Wanneer de juiste verbindingen en voorwaarden worden gekozen, de moleculen rangschikken zich onafhankelijk in een regelmatige supramoleculaire structuur.

Xenon-atomen:soms vast, soms vloeibaar

De natuurkundige Aisha Ahsan, hoofdauteur van de huidige studie, heeft nu individuele Xenon-gasatomen aan de gaten toegevoegd, die slechts iets meer dan een nanometer groot zijn. Door gebruik te maken van temperatuurveranderingen en lokaal aangelegde elektrische pulsen, ze slaagde erin om doelbewust de fysieke toestand van de Xenon-atomen te wisselen tussen vast en vloeibaar. Ze was in staat om deze faseverandering in alle gaten tegelijkertijd door temperatuur te veroorzaken. De temperaturen voor de faseovergang zijn afhankelijk van de stabiliteit van de xenonclusters, die varieert op basis van het aantal Xenon-atomen. Met de microscoopsensor heeft ze de faseverandering ook lokaal veroorzaakt, voor een individuele Xenon-bevattende porie.

Aangezien deze experimenten moeten worden uitgevoerd bij extreem lage temperaturen van slechts enkele Kelvin (beneden -260 °C), Xenon-atomen zelf kunnen niet worden gebruikt om nieuwe gegevensopslagapparaten te maken. De experimenten hebben bewezen, echter, dat supramoleculaire netwerken in principe geschikt zijn voor de productie van minuscule structuren, waarin faseveranderingen kunnen worden geïnduceerd met slechts een paar atomen of moleculen.

"We zullen nu grotere moleculen testen, evenals alcoholen met een korte keten. Deze veranderen van toestand bij hogere temperaturen, wat betekent dat het mogelijk is om er gebruik van te maken, " zei professor Thomas Jung, die het werk begeleidde.

Grafische animatie van een potentieel gegevensopslagapparaat op atomaire schaal:een gegevensopslagelement - gemaakt van slechts zes Xenon-atomen - wordt vloeibaar gemaakt met behulp van een spanningspuls.