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Forschungszentrum Jülich - Jahresbericht 2012

Wissenschaffen Jahresbericht 2012 | Forschungszentrum Jülich 33 Sandwich lässt sich durch magnetische Felder gezielt zwischen zwei magneti- schen Zuständen hin- und herschalten. Dabei ändert sich sein elektrischer Wi- derstand um mehr als 20 Prozent. Sol- che sogenannten magnetoresistiven Ef- fekte können für das Speichern, Verarbeiten und Messen von Daten ein- gesetzt werden. Doch um sie in moleku- laren Systemen zu erzeugen, benötigten Forscher bisher oft Temperaturen weit unter minus 200 Grad Celsius. Das neue Schichtsystem ist dagegen schon bei vergleichsweise warmen mi- nus 20 Grad Celsius stark magnetore- sistiv. „Dies ist ein deutlicher Fortschritt auf dem Weg zur Entwicklung von mole- kularen Datenspeichern und Rechenele- menten, die bei Raumtemperatur funkti- onieren“, ist Dr. Nicolae Atodiresei vom Forschungszentrum Jülich überzeugt. Gemeinsam mit den Jülicher Team vom Peter Grünberg Institut und vom Institu- te for Advanced Simulation hat er das physikalische Modell entwickelt, das die Eigenschaften des Materials erklärt. Die notwendigen aufwendigen Simulationen führten die Wissenschaftler am Jülicher Supercomputer JUGENE durch. Dabei nutzten die Forscher bis zu 8.000 Pro- zessoren – und trotzdem dauerten die Berechnungen insgesamt rund drei Mo- nate. Das Ergebnis: Entscheidend ist, dass das ZMP-Molekül praktisch flach ist. Dann bilden jeweils zwei Moleküle einen Stapel und lagern sich dicht an der Ko- baltoberfläche an. Das Kobalt und das untere Molekül bilden das magnetische Sandwich. Das obere Molekül wirkt als sogenannter Spinfilter: Es lässt vorwie- gend Elektronen mit Spins einer be- stimmten Ausrichtung passieren. Steu- ern lässt sich diese Ausrichtung zum Beispiel mit einem Magnetfeld. Erfahren und erfolgreich Den Jülicher Physikern kam bei ihren Si- mulationen zugute, dass sie schon lange erfolgreich daran arbeiten, die Eigen- schaften und Funktionen von organi- schen Molekülen auf Oberflächen nur aus den Gesetzen der Quantenmechanik heraus abzuleiten. Frühere Veröffentli- chungen und Konferenzbeiträge auf die- sem Forschungsgebiet hatten auch dazu geführt, dass das erfolgreiche internati- onale Team überhaupt zusammengefun- den hat: Dadurch wurden die experi- mentell und analytisch arbeitenden Wissenschaftler aus Indien und den USA auf die Jülicher Theoretiker aufmerksam. Aufbauend auf ihren Erkenntnissen wollen die Wissenschaftler ihr Material nun weiter optimieren. Nicolae Atodire- sei wagt sich weit vor: „Ich glaube, den Weg zu kennen, wie man zu Sandwich- systemen kommt, die auch bei Raum- temperatur magnetoresistiv sind.“ Au- ßerdem wollen die Forscher ihr System so variieren, dass sich die Spinfilter-Wir- kung auch durch elektrische Felder und Lichtpulse steuern lässt. „Nature“ (doi:10.1038/nature11719) Oben: Ein ZMP-Molekül lagert sich unmittelbar an die Kobaltoberfläche (gol- den) an, ein zweites mit etwas Abstand darüber. Rechts: Das gebildete Schicht- system kann zur Speicherung magneti- scher Informationen dienen, die durch Einsen und Nullen angedeutet sind. Die grünen und roten Pfeile geben die Ausrichtung der magnetischen Momente (Spins) an.

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