Ett internationellt team av forskare ledda av kemister från ETH Zürich har utvecklat en metod för att deponera enstaka magnetiserbara atomer på en yta. Detta är särskilt intressant för utvecklingen av nya miniatyrdatalagringsenheter.

Idén är spännande:om bara en enda atom eller liten molekyl behövdes för en enda dataenhet (en nolla eller en etta i fallet med binär digital teknik), stora mängder data kan lagras på minsta möjliga utrymme. Detta är teoretiskt möjligt, eftersom vissa atomer kan magnetiseras i endast en av två möjliga riktningar:"snurra upp" eller "snurra ner". Information kunde sedan lagras och läsas av sekvensen av molekylernas magnetiseringsriktningar.

Dock, flera hinder måste fortfarande övervinnas innan datalagring med en enda molekyl magnet blir verklighet. Att hitta molekyler som kan lagra den magnetiska informationen permanent och inte bara flyktigt är en utmaning, och det är ännu svårare att arrangera dessa molekyler på en fast yta för att bygga datalagringsbärare. För att lösa det senare problemet, ett internationellt team av forskare ledda av kemister från ETH Zürich har nu utvecklat en ny metod som erbjuder många fördelar jämfört med andra metoder.

Sammansmältning av atomer till ytan

Christophe Copéret, en professor vid Laboratory of Inorganic Chemistry vid ETH Zürich, och hans team utvecklade en molekyl med en dysprosiumatom i centrum (dysprosium är en metall som tillhör de sällsynta jordartsmetallerna). Denna atom är omgiven av en molekylär ställning som fungerar som ett fordon. Forskarna utvecklade också en metod för att deponera sådana molekyler på ytan av kiseldioxidnanopartiklar och smälta samman dem genom glödgning vid 400 grader Celsius. Den molekylära strukturen som används som vehikel sönderfaller i processen, ger nanopartiklar med dysprosiumatomer väl spridda på ytan. Forskarna visade att dessa atomer kan magnetiseras och behålla sin magnetiska information.

Magnetiseringsprocessen fungerar för närvarande bara vid cirka minus 270 grader Celsius (nära absolut noll), och magnetiseringen kan bibehållas i upp till en och en halv minut. Forskarna letar därför efter metoder som gör att magnetiseringen kan stabiliseras vid högre temperaturer och under längre tidsperioder. De letar också efter sätt att smälta atomer till en plan yta istället för till nanopartiklar.

Enkel förberedelse

En av fördelarna med den nya metoden är dess enkelhet. "Nanopartiklar bundna med dysprosium kan tillverkas i vilket kemiskt laboratorium som helst. Inget renrum och komplex utrustning krävs, säger Florian Allouche, en doktorand i Copérets grupp. Dessutom, de magnetiserbara nanopartiklarna kan förvaras i rumstemperatur och återanvändas.

Andra beredningsmetoder inkluderar direkt avsättning av enskilda atomer på en yta, ändå är de erhållna materialen endast stabila vid mycket låga temperaturer, främst på grund av agglomerationen av dessa individuella atomer. Alternativt molekyler med idealiska magnetiska egenskaper kan avsättas på en yta, men denna immobilisering påverkar ofta negativt strukturen och de magnetiska egenskaperna hos det slutliga föremålet.