Nano-Technik: Mehr IT-Leistung durch magnetische Superatome

Schnellere Computer und größere Speicher werden die IT-Technik weiter vorantreiben. Dank magnetischer Superatome können neuartige Materialien entwickelt werden, deren Eigenschaften für Computer und Speicher maßgeschneidert sind.

Ein aus mehreren Atomen zusammengesetztes Objekt bildet die Grundlage für zukünftige Informationstechnologie und Datenverarbeitung. Sogenannte magnetische Superatome können dazu verwendet werden, neuartige Materialien herzustellen, die für die Verwendung in Computer-Chips und magnetischen Speicherelementen optimiert sind.

Superatome sind nichts anderes als Cluster, also zu einer bestimmten symmetrischen Struktur zusammengefügte Atome. In der Nanotechnologie ist die molekulare Struktur der Elemente entscheidend. Symmetrische Gefüge haben eine besonders hohe Stabilität.

Die Forscher Urban Rohrmann und Rolf Schäfer vom Eduard-Zintl-Institut der Technischen Universität Darmstadt bedienten sich eines 90 Jahre alten Experiments, auf das sie ihre Forschung fußten. Der nach den beiden Forschern Otto Stern und Walther Gerlach benannten Stern-Gerlach-Versuch hat gezeigt, dass ungewöhnliche Strukturen auf molekularer Ebene unerwartete Eigenschaften besitzen können.

Die Forscher stellten einen Strahl aus den von ihnen untersuchten Superatomen her, und ließen ihn durch ein ungleichmäßiges Magnetfeld fließen. Die Atome wurden in unterschiedliche Richtungen abgelenkt, je nachdem, in welche Richtung ihr eigenes Magnetfeld zeigte. Der Atom-Strahl wurde gespalten. Daraus konnten die Forscher die magnetischen Eigenschaften der Superatome ableiten.

Die Atomcluster bestanden aus einem Mangan-Atom, das im Zentrum eines Käfigs aus zwölf Zinn-Atomen eingebettet ist. Dieser Cluster hat die Form eines Ikosaeders. Ein Objekt aus 20 gleichseitigen Dreiecken. Damit dieser Cluster seine Eigenschaften behält, mussten die Forscher den Strahl auf 16 Kelvin runter kühlen (-257 Grad).

„Zwei Elektronen wandern vom Mangan zu den Zinnatomen. Die hohe Symmetrie bewirkt, dass die übrigen Elektronen des verbleibenden Manganions vom Zinnkäfig kaum etwas merken“, sagte Rohrmann.

Dadurch erhält der gesamte Cluster die Eigenschaft eines einzelnen Mangan-Atoms. Auch der Magnetismus ist ähnlich.

Wenn diese Gesetzmäßigkeit weiter entwickelt werden, können Materialien entstehen, deren magnetische Eigenschaften und molekularen Strukturen für die Verwendung in Computerchips und Magnetspeicher maßgeschneidert sind. Dadurch können Computer schneller und leistungsfähiger werden.

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