Neue Materialkombination für die Spintronik

Datentransport mit Skyrmionengitter und organischen Molekülen

Jülich, 21. Oktober 2014 – Hamburger und Jülicher Wissenschaftler sind bei der Suche nach neuen Lösungen für schnellere und energieeffizientere Prozessoren und Datenspeicher einen Schritt weitergekommen. Indem sie organische Moleküle auf einer magnetischen Wirbelstruktur, einem sogenannten Skyrmionengitter aufbrachten, gelang es ihnen, eine Hybridverbindung mit gezielt einstellbaren Schalteigenschaften herzustellen. Die Ergebnisse sind in Nature Nanotechnology erschienen (DOI: 10.1038/NNANO.2014.235).

Die sogenannte Spintronik zielt darauf ab, Informationen mithilfe des Elektronen-Spins zu verarbeiten und zu speichern, und nicht über die elektrische Ladung wie bisher. Die nun erzeugte Kombination aus Skyrmionen und organischen Molekülen eröffnet dafür neue Möglichkeiten. Die Wissenschaftler hatten 2011 erstmals ein Skyrmionengitter an einer Oberfläche nachgewiesen. Die Ordnung aus magnetischen Wirbeln war allerdings so stabil, dass sie sich nicht von außen beeinflussen ließ. Durch die Kombination mit organischen Molekülen lassen sich nun dagegen Strukturen erzeugen, die auch flexibel schaltbar sind – und damit eine unabdingbare Voraussetzung für den Einsatz in der Informationstechnologie erfüllen.

Wissenschaftler an der Universität Hamburg hatten einzelne wabenförmige Kohlenstoffverbindungen wie kleine Inselchen verstreut auf einer Eisen-Iridium-Schicht aufgebracht. Die Kombination aus organischen Molekülen und Skyrmionen bildet Hybridverbindungen aus, die ein magnetisches Moment besitzen. Dieses lässt sich gezielt ausrichten und so etwa zum Speichern von Informationen nutzen. Der Clou: Das magnetische Moment pro Eisenatom ist umso stabiler, je kleiner die gewählten Kohlenstoffmoleküle ausfallen, wie Wissenschaftler um den theoretischen Physiker Dr. Nicolae Atodiresei vom Jülicher Peter Grünberg Institut ermittelt haben. Das unterliegende Skyrmionengitter koppelt diese "molekularen Magnete" magnetisch untereinander, was dazu führt, dass sie sich gezielt umschalten lassen.

Illustration molekularer Magnete in einem Gitter aus Skyrmionen. Die Kegel zeigen die lokale Magnetisierungsrichtung an, rot nach oben, grün nach unten.

mehr Informationen (Website des Peter Grünberg Instituts)

Originalveröffentlichung:
Long-range magnetic coupling between nanoscale organic-metal hybrids mediated by a nanoskyrmion lattice;
J. Brede et al.; Nature Nanotechnology (2014); DOI: 10.1038/NNANO.2014.235