Bij het opslaan van gegevens, conventionele technieken lopen steeds meer tegen hun grenzen aan. Zogenaamde single molecule magneten zouden een oplossing kunnen bieden. Onderzoeksteams uit Kaiserslautern en Karlsruhe onderzoeken hun opslageigenschappen. De focus ligt op metalen binnen moleculen, die verantwoordelijk zijn voor de magnetische eigenschappen en dus voor de opslageigenschappen. Met behulp van een nieuwe methode, de teams zijn er nu voor het eerst in geslaagd deze materialen nader te onderzoeken. gelijk aan slowmotion, details kunnen nu complementair worden geanalyseerd om meer te weten te komen over hun opslagcapaciteit. De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie .

Of het nu gaat om harde schijven, geheugenchips of sensoren - magneten maken de opslag van gegevens in de eerste plaats mogelijk. De basis voor magnetisme is de spin van elektronen, ook wel het intrinsieke impulsmoment genoemd. Het team rond professor dr. Volker Schünemann en zijn promovendus Lena Scherthan van de afdeling Biofysica en Medische Fysica van de Technische Universität Kaiserslautern (TUK) werkt aan een nieuwe vorm van magneten, de magneten met één molecuul. Dergelijke magneten kunnen het mogelijk maken om in de toekomst aanzienlijk meer informatie op te slaan.

"Single molecule magneten bestaan ​​uit een metalen centrum dat verbonden is met zogenaamde organische liganden en zo een molecuul vormen, " zei Scherthan, de eerste auteur van de huidige studie. "Alleen bepaalde metalen zijn geschikt voor dit soort moleculen. Denk aan ijzer, bijvoorbeeld, maar ook minder bekende chemische elementen uit de lanthanidegroep, zoals het dysprosium waarmee we werken." Ze worden ook wel zeldzame aardelementen genoemd. Het bijzondere aan hen:hun elektronen kunnen een magnetisch moment genereren dat relatief groot is voor een molecuul. Het onderzoeksteam van Kaiserslautern en de onderzoeksgroep onder leiding van scheikundige professor Annie K. Powell van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) onderzoekt de opslagcapaciteit van dit soort single molecule magneten en hoe deze kan worden verbeterd.

In aanvulling, speciale technieken worden gebruikt:Mössbauer spectroscopie is een analytische methode waarbij de absorptie van atoomkernen wordt onderzocht met behulp van hoogenergetische röntgenstraling. Op de TUK-campus, deze methode wordt gebruikt om ijzerhoudende stoffen en zelfs eiwitten te onderzoeken. Het team van Schünemann gebruikte voor hun experimenten een stralingsbron (Advanced Photon Source) van het Amerikaanse Argonne National Laboratory in de buurt van Chicago.

Voor de eerste keer, het is nu mogelijk geweest om met deze methode een magneet met één molecuul met dysprosium als metaalcentrum te onderzoeken. "De experimenten werden uitgevoerd bij extreem lage temperaturen van -269 graden Celsius in vloeibaar helium, " vervolgde de natuurkundige. Zulke lage temperaturen zijn nodig omdat veel van de tot nu toe ontwikkelde magneten met één molecuul, alleen onder deze omstandigheden hun karakteristieke eigenschappen vertonen.

In aanvulling, deze spectroscopische methode geeft een meer gedetailleerd beeld van de atomaire kosmos. Met deze techniek kunnen onderzoekers conclusies trekken over de interacties tussen de metaalkern en liganden. "We kunnen de eigenschappen van het metaalcentrum op een vergelijkbare manier onderzoeken als slow motion, De wetenschapper vergelijkt de methode die ze presenteert met haar collega-onderzoekers in haar huidige onderzoek. "We zien aanvullende informatie ten opzichte van onze conventionele methoden. Bijvoorbeeld, we kunnen zien hoe snel het systeem terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat en hoe lang de opslagtijd van het molecuul is."

Het doel van de onderzoeksgroepen van Kaiserslautern en Karlsruhe is om de karakteristieke eigenschappen van magneten met één molecuul beter te begrijpen om zo strategische verdere systemen te ontwikkelen. Naast systemen die slechts één metalen centrum hebben, het TUK-team en de groep van professor Powell onderzoeken ook de eigenschappen van magneten met één molecuul die twee of meer metaalcentra hebben. De nadruk ligt hier op de interacties tussen de metalen. "Dit kan leiden tot een beter bewaargedrag, ’ zei Scherthan.

Het werk vond plaats in het kader van het Transregio Collaborative Research Centre "Cooperative Effects in Homo and Heterometallic Complexes" (SFB/TRR 883 MET). Onderzoeksteams uit de scheikunde en natuurkunde werken interdisciplinair aan moleculaire systemen met twee tot vier metaalcentra. Een van de doelen is het ontwikkelen van nieuwe eigenschappen en functies op moleculair niveau, bijvoorbeeld om efficiëntere materialen te verkrijgen voor magnetische opslag of effectievere katalysatoren voor chemische reacties.

De studie is gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Angewandte Chemie .