de.wedoany.com-Bericht: Forscher der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) haben ein neuartiges manganbasiertes molekulares Material entwickelt, das die Arbeitstemperatur von Molekülen als miniaturisierte Datenspeicher auf etwa minus 132 Grad Celsius erhöht. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature Chemistry“ veröffentlicht. Bisher konnten nur eisenhaltige molekulare Materialien diese Funktion erfüllen, jedoch mussten sie bei Temperaturen zwischen 100 und 130 Kelvin (etwa minus 173 bis minus 143 Grad Celsius) betrieben werden, was aufgrund der niedrigen Temperaturen einen hohen Energieverbrauch und eine komplexe Handhabung mit sich brachte. Prof. Dr. Katja Heinze vom Fachbereich Chemie der JGU erklärte, dass das neue manganbasierte Material bei seinem ersten Versuch alle bekannten eisenhaltigen molekularen Materialien in der entsprechenden Anwendung übertroffen habe, was einen Fortschritt auf dem Gebiet der Spintronik darstellt.

Im Bereich der Datenspeicherung können die Elektronenspins (magnetische Momente, die sich wie Stabmagnete verhalten) einzelner Ionen parallel oder antiparallel ausgerichtet werden, was den Binärwerten „1“ oder „0“ entspricht, also einem High-Spin- oder Low-Spin-Zustand. Eisenbasierte Speichergeräte arbeiten üblicherweise bei einer maximalen Temperatur von 100 Kelvin (etwa minus 173 Grad Celsius). Zuvor hatte ein Team über eine Erhöhung auf 130 Kelvin (etwa minus 143 Grad Celsius) berichtet, was als nahe der Grenze dieses Materialsystems galt. Das JGU-Team erzielte einen Temperatursprung von etwa 11 Kelvin. Sandra Kronenberger, Doktorandin am Fachbereich Chemie der JGU, synthetisierte das neue Material mit Unterstützung des Max Planck Graduate Center und der JGU. Sie wies darauf hin, dass Mangan sich genauso gut oder sogar besser als Eisen verhalten könne. Dr. Luca Carrella vom Fachbereich Chemie der JGU maß das magnetische Verhalten des neuen Materials und ist der Ansicht, dass das System zwar noch weit unter Raumtemperatur liege, dieser Fortschritt jedoch einen wichtigen Schritt in Richtung höherer Arbeitstemperaturen in der Spintronik darstelle.

Der Durchbruch bei der Temperaturleistung resultiert aus der Kombination von Mangan mit Liganden, die von N-heterocyclischen Carbenen abgeleitet sind. Die Liganden bilden starke Bindungen mit dem Mangan. Diese starken Bindungen stabilisieren den Low-Spin-Zustand und erzeugen gleichzeitig eine hohe Energiebarriere zwischen den beiden Spinzuständen, wodurch beide Spinzustände als Informationsspeicher stabiler werden und höheren Temperaturen standhalten können. Die Informationsschreibung erfolgt ähnlich wie bei Eisenionen: Wenn die Manganionen mit Licht bestrahlt werden, ändern die Elektronen ihren Spinzustand, und die Farbe des Materials wechselt von Dunkelrot im Low-Spin-Zustand zu Hellgelb im High-Spin-Zustand. Heinze erklärte, dass das umgeschaltete Material nach dem Ausschalten der Lichtquelle seine Farbe und magnetischen Eigenschaften für eine nützliche Zeitspanne beibehalte. Dieses Konzept könnte eine Richtung für zukünftige digitale Speichertechnologien vorgeben.