De afgelopen jaren is de bouwstenen van opslagmedia zijn steeds kleiner geworden. Maar verdere miniaturisering van de huidige technologie wordt belemmerd door fundamentele beperkingen van de kwantummechanica. Een nieuwe aanpak bestaat erin om zogenaamde spin-crossover moleculen te gebruiken als de kleinst mogelijke opslageenheid. Net als bij normale harde schijven, deze speciale moleculen kunnen informatie opslaan via hun magnetische toestand. Om dit te doen, ze moeten op oppervlakken worden geplaatst zonder hun vermogen om de informatie op te slaan te beschadigen.

Een onderzoeksteam van de Kiel University heeft nu niet alleen met succes een nieuwe klasse spin-crossover-moleculen op een oppervlak geplaatst, ze hebben ook interacties gebruikt die eerder als belemmerend werden beschouwd om de opslagcapaciteit van het molecuul te verbeteren. De opslagdichtheid van conventionele harde schijven zou daarom theoretisch meer dan 100 keer kunnen worden verhoogd, en gegevensdragers aanzienlijk kleiner kunnen worden gemaakt. De wetenschappers hebben hun bevindingen gepubliceerd in Nano-letters .

Het onderscheid tussen twee mogelijkheden is het kleinste stukje informatie dat een computer kan opslaan. stukjes, als de kleinste elektronische opslageenheid, zijn de basisbouwstenen voor alle informatie die op harde schijven is opgeslagen. Ze worden weergegeven als een reeks nullen en enen. De afgelopen jaren is opslagmedia zijn steeds kleiner geworden, terwijl hun capaciteit om informatie op te slaan is toegenomen. Eén bit op een harde schijf heeft nu nog maar een ruimte van ongeveer 10 bij 10 nanometer nodig. Dit is nog te groot om componenten te miniaturiseren, echter.

"De technologie die momenteel wordt gebruikt om gegevens op harde schijven op te slaan, bereikt nu de fundamentele limieten van de kwantummechanica vanwege de grootte van de bit. Het kan niet kleiner, vanuit het perspectief van vandaag, " zegt Torben Jasper-Tönnies, promovendus in de werkgroep van professor Richard Berndt aan het Institute of Experimental and Applied Physics van de Universiteit van Kiel. Hij en zijn collega's gebruikten een enkel molecuul om een ​​bit te coderen om een ​​principe te demonstreren dat in de toekomst nog kleinere harde schijven met meer opslagruimte mogelijk zou kunnen maken. "Ons molecuul is slechts één vierkante nanometer groot. Zelfs met dit alleen, een bit kan worden gecodeerd in een gebied dat 100 keer kleiner is dan wat momenteel nodig is, ", zegt dr. Manuel Gruber. Dit zou een nieuwe stap zijn in de richting van het verleggen van de grenzen van de kwantumfysica in de opslagtechnologie.

Het molecuul dat het onderzoeksteam gebruikte, kan twee verschillende magnetische toestanden aannemen, en wanneer bevestigd aan een speciaal oppervlak, het kan ook de verbinding met het oppervlak veranderen. Het kan dan worden geschakeld tussen een hoge en lage magnetische toestand, en 45 graden gedraaid. "Bij overdracht naar opslagtechnologie, zouden we informatie kunnen weergeven over drie toestanden:die van 0, 1 en 2, ", legt Jasper-Tönnies uit. "Als opslagruimte, we zouden niet een beetje hebben, we zouden een 'tit' hebben. Binaire code zou trinaire code worden."

De uitdaging voor de onderzoekers was het vinden van een geschikt molecuul en een geschikt oppervlak, evenals het gebruik van de juiste methode om de twee zo met elkaar te verbinden dat ze nog steeds zouden kunnen werken. "Magnetische moleculen, zogenaamde spin-crossover moleculen, zijn zeer gevoelig en gemakkelijk beschadigd. We moesten een manier vinden om het molecuul stevig aan het oppervlak te bevestigen zonder het schakelvermogen te beïnvloeden, ’ legde Gruber uit.

Hun experimenten wierpen uiteindelijk hun vruchten af:chemici van de werkgroep van professor Felix Tuczek aan het Institute of Anorganic Chemistry synthetiseerden een magnetisch molecuul van een speciale klasse (een zogenaamd Fe(III) spin-crossover-molecuul). Natuurkundigen Jasper-Tönnies, Gruber en Sujoy Karan konden dit molecuul door verdamping op een kopernitride-oppervlak afzetten. Elektriciteit gebruiken, het kan worden geschakeld tussen verschillende spin-statussen, en ook tussen twee verschillende richtingen (in de zogenaamde low-spin toestand). De fijne punt van een scanning-tunnellingmicroscoop (STM) fungeert als lees- en schrijfkop van een harde schijf in hun experimenten. Hierdoor kan het molecuul niet alleen worden "geschreven" als opslagmedium, maar ook om te worden "gelezen" met behulp van elektriciteit.

Voordat deze moleculen op industrieel niveau als dataopslag kunnen worden gebruikt, nader onderzoek moet worden gedaan. Inderdaad, het bewijs van principe wordt aangetoond met behulp van omvangrijke apparatuur, en er is verder werk nodig om zo'n moleculair geheugen op een kleine chip te integreren.