Daten speichern mit maßgeschneiderten Molekülen

Wissenschaftler der Freien Universität Berlin, der Universität Stuttgart und des Max-Planck-Instituts für Chemische Energie­konversion (MPI CEC) in Mühlheim haben einen Durchbruch bei der in der Forschung und für die spätere Anwendung angestrebten extremen Miniaturisierung von Daten­speichern erreicht. Die beteiligten Gruppen entdeckten den ersten einkernigen Übergangs­metall­komplex mit stabiler Magnetisierung. Dies ist ein essenziell wichtiger Schritt hin zu einer Speicherung von Daten in Molekülen und einer tausendfachen Verkleinerung von Daten gegenüber denen auf herkömmlichen Festplatten. Kooperations­partner waren die Gruppen um Biprajit Sarkar von der Freien Universität, Joris van Slageren von der Universität Stuttgart sowie Frank Neese und Mihail Atanasov (MPI CEC).

In aktuellen Datenspeichersystemen sind die Daten auf makroskopischer Längenskala gespeichert – aber das große Ziel ist, Daten in einzelnen Molekülen zu speichern. Bisher war dies nicht in Reichweite. Aufgrund ihrer stabilen Magnetisierung sind Einzel­molekül­magneten vielversprechende Kandidaten für die Daten­speicherung auf molekularer Ebene. Die Stabilität der Magnetisierung nimmt mit steigendem Spin, also magnetischem Moment, und mit steigender Anisotropie, also Richtungs­abhängigkeit, zu. Allerdings führt die Zunahme des Spins zu einer Abnahme der Anisotropie, und daher nimmt die Stabilität der Magnetisierung nicht zu. Direktes Maßschneidern der magnetischen Anisotropie mittels eines rationellen chemischen Designs von Einzel­molekül­magneten ist jedoch extrem anspruchsvoll. Hierbei gelang nun ein wichtiger Durchbruch.

Margarethe van der Meer von der Freien Universität Berlin hat die völlig luft- und feuchtig­keits­stabile Verbindung synthetisiert: „Ich war auf der Suche nach größeren Molekülen, und es hat mich überrascht, dass sogar noch kleinere Moleküle genauso gut funktionieren“, sagt die Doktorandin. Die eingehende Untersuchung durch Doktorandin Yvonne Rechkemmer von der Universität Stuttgart führte zu einem ausführlichen Verständnis, warum dieses Molekül solche vorteil­hafte Eigenschaften aufweist. „Ein interessantes Material zu finden, ist das eine, klare Designziele für verbesserte Materialien formulieren zu können, ist etwas anderes“, konstatiert sie.

Die von Mihail Atanasov vorgenommenen umfangreichen Rechnungen basieren auf dem Programm ORCA von Frank Neese und seinem Team. Sie verdeutlichten genau, wie die molekulare Struktur mit der magnetischen Stabilität zusammenhängt. Der nächste Schritt ist nun, das Material zu verbessern, damit die Betriebstemperatur erhöht werden kann. Biprajit Sarkar unterstreicht: „Wir haben jede Menge Ideen, wie wir das Material weiterentwickeln können, da wir nun verstehen, woher dessen Eigenschaften rühren.“

FU Berlin / DE