21.10.2016
Mit Seltenen Erden zu schnelleren Speichern?
Molekulare Magnete aus Metallatomen und organischen Molekülen könnten einmal die Entwicklung leistungsfähigerer Speichermedien und schnellerer und energieeffizienterer Prozessoren für die Informationsverarbeitung möglich machen. Bisher galten Metalle aus der Klasse der Seltenen Erden für diesen Zweck als nicht nutzbar. Denn die Elektronen, die für ihre magnetischen Eigenschaften verantwortlich sind, "verstecken" sich in schwer zugänglichen 4f-Orbitalen. Theoretische Untersuchungen aus Jülich erklären nun, wie stark organische Moleküle die chemische Umgebung der Seltenen Erden verändern können. Dadurch können Orbitale entstehen, die Merkmale von Atomorbitalen und 5d+4f-Hybridorbitalen vereinen und die leichter zugänglich sind für Untersuchungen, etwa mit dem Rastertunnelmikroskop, oder für eine technische Nutzung.
Im Zentrum der Untersuchungen der Forscher vom Jülicher Peter Grünberg Institut, dem University College London, der Universität Nottingham und der Universität Stuttgart stand ein Komplex aus einem Dysprosium-Atom und zwei Phtalocyaninen, organischen Molekülen, die chemisch Bestandteilen des roten Blutfarbstoffs oder des pflanzlichen Chlorophylls ähneln und das Dysprosium-Atom einklemmen, ähnlich wie zwei Brotscheiben den Inhalt eines Sandwiches.
Bei rastertunnelmikroskopischen Untersuchungen der magnetischen Doppeldecker auf einer Kupferoberfläche entdeckten die Forscher ein exotisches quantenmechanisches Phänomen namens "Kondo-Effekt". Dieses Phänomen gilt als Hinweis auf eine Kopplung der magnetischen Eigenschaften eines Einzelatoms mit elektrischen Ladungen - die ebenfalls magnetisch sind - in einem in der Nähe befindlichen Metall.
"Für wissenschaftliche Untersuchungen oder eine mögliche technische Nutzung molekularer Magnete ist eine solche Kopplung äußerst wertvoll", erläutert Dr. Nicolae Atodiresei vom Peter Grünberg Institut. "Denn sie ermöglicht, die sonst abgeschirmten magnetischen Eigenschaften der Seltenen Erden zu beeinflussen und vielleicht zu kontrollieren."
Die ersten experimentellen Hinweise auf den Kondo-Effekt in dem Doppeldecker-Molekül hatten die britischen Forscher bereits vor mehreren Jahren gefunden, doch die Datenlage war nicht eindeutig. Mit Hilfe modernster Computersimulationen gelang es Atodiresei und seinen Kollegen in Jülich, die Wechselwirkungen zwischen Molekül und Oberfläche zu simulieren und die Ursache für das magnetische Verhalten zu finden: eine Hybridisierung der Orbitale von Dysprosium-Atom und Liganden der Phtalocyaninen.
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Quelle: Forschungszentrum Jülich - Peter-Grünberg-Institut (PGI)