Forskare från universitetet i Basel har rapporterat om en ny metod som gör att det fysiska tillståndet för bara ett fåtal atomer eller molekyler inom ett nätverk kan kontrolleras. Den är baserad på den spontana självorganiseringen av molekyler till omfattande nätverk med porer som är ungefär en nanometer stora. I journalen Små , fysikerna rapporterade om sina undersökningar, som skulle kunna vara av särskild betydelse för utvecklingen av nya lagringsenheter.

Runt världen, forskare försöker krympa datalagringsenheter för att uppnå så stor lagringskapacitet på så litet utrymme som möjligt. I nästan alla former av media, fasövergång används för lagring. För att skapa CD, till exempel, en mycket tunn metallplåt inuti plasten används som smälter inom mikrosekunder och sedan stelnar igen. Att möjliggöra detta på atom- eller molekylnivå är föremål för ett forskningsprojekt som leds av forskare vid universitetet i Basel.

Ändra fasen för enskilda atomer för datalagring

I princip, en fasförändring på nivån för enskilda atomer eller molekyler kan användas för att lagra data; lagringsenheter av detta slag finns redan inom forskningen. Dock, de är mycket arbetskrävande och dyra att tillverka. Gruppen ledd av professor Thomas Jung vid universitetet i Basel arbetar för att producera sådana små lagringsenheter som består av endast ett fåtal atomer med hjälp av processen för självorganisering, vilket förenklar produktionsprocessen enormt.

För detta ändamål, gruppen producerade först ett organometalliskt nätverk som ser ut som en sikt med exakt definierade hål. När rätt anslutningar och villkor väljs, molekylerna ordnar sig självständigt i en regelbunden supramolekylär struktur.

Xenonatomer:ibland fasta, ibland flytande

Fysikern Aisha Ahsan, huvudförfattare till den aktuella studien, har nu lagt till enskilda Xenongasatomer till hålen, som bara är lite mer än en nanometer stora. Genom att använda temperaturförändringar och lokalt applicerade elektriska pulser, hon lyckades medvetet växla det fysiska tillståndet för Xenonatomerna mellan fast och flytande. Hon kunde orsaka denna fasförändring i alla hål samtidigt genom temperatur. Temperaturerna för fasövergången beror på stabiliteten hos Xenonklustren, som varierar beroende på antalet xenonatomer. Med mikroskopsensorn har hon inducerat fasförändringen också lokalt, för en enskild Xenon-innehållande por.

Eftersom dessa experiment måste utföras vid extremt låga temperaturer på bara några få Kelvin (under -260°C), Xenonatomer själva kan inte användas för att skapa nya datalagringsenheter. Experimenten har visat, dock, att supramolekylära nätverk i princip lämpar sig för produktion av små strukturer, där fasförändringar kan induceras med bara ett fåtal atomer eller molekyler.

"Vi kommer nu att testa större molekyler såväl som kortkedjiga alkoholer. Dessa ändrar tillstånd vid högre temperaturer, vilket innebär att det kan vara möjligt att använda dem, sa professor Thomas Jung, som övervakade arbetet.

Grafisk animering av en potentiell datalagringsenhet på atomär skala:ett datalagringselement – ​​gjort av endast sex xenonatomer – görs flytande med hjälp av en spänningspuls.