Magnetische Moleküle für kleinste Schaltkreise

Jülich/Aachen - Winzige Magnete aus nur wenigen oder gar einzelnen Atomen eignen sich prinzipiell zum Bau von neuen Schaltkreisen. Diese könnten deutlich kleiner werden als herkömmliche Transistoren auf Siliziumbasis und zudem viel weniger Energie benötigen. Auf dem sicher noch langen Weg zu einem sogenannten Spintronik-Transistor gelang nun deutschen Physikern ein wichtiger Fortschritt. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ berichten, konnten sie die magnetische Ausrichtung eines speziellen Neodym-Moleküls über elektrische Kontakte bestimmen.

„Strom und Magnetismus müssen miteinander kommunizieren können“, bringt Daniel Bürgler vom Forschungszentrum Jülich eine wichtige Voraussetzung für solche Schaltmodule auf den Punkt. Zusammen mit seinen Kollegen von der Jülich Aachen Research Alliance wählte er das magnetische Element Neodym, das zur Gruppe der Seltenen Erden zählt. Jeweils ein Neodym-Atom konnten die Forscher in einem neuartigen Molekül mit zwei komplexen, organischen Phthalocyanin-Gruppen verknüpfen. Diese magnetischen Makromoleküle deponierten sie für ihre Messungen auf einer hochreinen Oberfläche aus Kupfer.

Mit einem Rastertunnelmikroskop untersuchten Bürgler und Kollegen nun das magnetische und elektrische Verhalten dieser Neodym-Moleküle. Dabei zeigte sich, dass sich die magnetische Ausrichtung des Neodyms über die Wechselwirkung mit Elektronen in einem bestimmten Molekülorbital (4f) bestimmen ließ. Ihre ersten Messergebnisse stimmten dabei weitestgehend mit zuvor theoretisch ermittelten Daten überein. Die magnetische Ausrichtung der Neodym-Moleküle kann demnach über elektrische Kontakte bestimmt werden ohne selbst durch diesen Leseprozess gestört zu werden.

Genau an dieser Hürde scheiterten bisher viele Ansätze zur Entwicklung spintronischer Schaltkreise. Bis diese Ergebnisse, für die noch ein sehr gutes Vakuum nötig war, zu nutzbaren Spintronik-Prozessoren führen, wird jedoch noch viel Zeit vergehen.