Pohrana podataka ide u mrežu

Mreža atoma željeza i organskih molekula

Smjernica odluka: Mreža željeza i organske kiseline mijenja orijentaciju magnetne šipke na atomu željeza kada na njemu sjedi molekula kisika. S kisikovom krunom, magnetski trenutak okomit je na ravninu mrežice, a da u njoj ne leži vodoravno. Velika slika prikazuje fotografiju skenirajućeg tunelirajućeg elektronskog mikroskopa; Odjeljci prikazuju kemijsku strukturu (zeleno - željezo, crno - ugljik, bijelo - vodik i crveno - kisik), vrh s adsorbiranim kisikom, a dno bez. © MPI za istraživanje čvrstog stanja
čitati naglas

Bilo bi teško spakirati pjesnika s podacima o memoriji: Međunarodni istraživački tim postavio je temelje za spremanje komadića u pojedinačne atome željeza. Pomoću nove metode znanstvenici su koristili mrežu molekula željeza i tereftalne kiseline na površini bakra. Atomi željeza tvore čvorove mreže koji su povezani organskim molekulama. Svaki atom željeza mogao bi pohraniti jedan bit podataka u svom magnetskom trenutku.

Obično taj trenutak leži poput sićušnog magnetskog stuba u ravnini mreže, tako kažu istraživači u časopisu „Nature Materials“. Zatim dodajte kisik, stavite ga na glačalo i izvucite magnet iz ravnine. Dvije magnetske orijentacije mogu odgovarati nuli ili jedan od bita.

400 gigabita po kvadratnom inču

Najveći tvrdi diskovi trenutno pohranjuju oko 400 gigabita po kvadratnom inču, tako da je na svakom kvadratnom centimetru oko 60 gigabita. To je puno, ali ima i više. U mreži atoma željeza i organskih molekula, koju su znanstvenici sada uspostavili, u načelu bi se smjestilo 700 puta više podataka, naime gotovo 50 trilijuna po kvadratnom centimetru.

Samo 1, 5 nanometara, atomi željeza razdvajaju se u mreži, dvodimenzionalna kvadratna mreža. Željezo i tereftalna kiselina vežu se za ovu rešetku na površini bakra, baš kao što obična sol tvori redovitu rešetku, a ne divlju gomilu. Istraživači ih moraju isparavati samo u ispravnom omjeru miješanja i temperaturi u vakuumskoj komori.

"Metal i kiselina tada se međusobno umrežavaju zahvaljujući posebnim svojstvima materijala i zahvaljujući bakrenoj površini, koja djeluje kao regulatorno pomagalo", kaže Sebastian Stepanow iz Instituta Max Planck za istraživanje čvrstog stanja u Stuttgartu. prikaz

I molekule organske kiseline i atomi željeza pričvršćuju se na površinu bakra, jer nerado plutaju sami u vakuumu. Molekule kiseline tvore pincete na dva kraja, žarko hvatajući metalne atome. Atomi željeza koji sjede na površini bakra pružaju dovoljno prostora da se s četiri strane nabiju kiselim kliještima. Na taj način nastaju kompleksi slični propelerima. Zbog veze između molekula, malomelika organometalna mreža raste.

Krug između nule i jedan

Kao pohrana podataka, ova mreža je dobra samo ako se atomi željeza mogu prebacivati ​​naprijed i natrag između dvije postavke. Tek tada mogu kodirati bitove. Jedna postavka znači nulu, a druga jedna, dvije slova digitalne abecede. Jedno svojstvo koje se može prebacivati ​​između dva stanja naprijed i natrag je magnetski trenutak atoma - ako ste pametni.

Magnetski trenutak željeznog atoma nastaje spinovanjem određenih elektrona i čini ga sićušnim magnetom. Zavrtanje elektrona, živo izraženo, opet pokazuje kako se elektron vrti oko sebe. Obično se vrti nasumično u sobi, osim ako ne osjete vanjsko magnetsko polje - dakle, komad željeza na trajnom magnetu postaje magnetski. Ili kemijsko okruženje željeza prisiljava vrtnje u određenom smjeru. Fizičari pod utjecajem nazivaju spajanje orbita. Okretanje je orijentirano prema smjeru magnetskog polja ili njihovoj kemijskoj okolini. Elektroni teku na prostorno usmjerenim orbitama, to jest u načelu, a ne na krugu oko atomskog jezgra. Tako atom željeza postaje magnet bar.

"Upravo se to događa u našoj organometalnoj mreži na površini bakra, tako da šipki magneti svi leže vodoravno u mreži", kaže Stepanov. Razlog: U organometalnoj mreži elektroni koji stvaraju magnetski trenutak kreću se drugim stazama nego u masivnom komadu željeza. A prostorni položaj elektrone u orbiti daje magnetskom trenutku preferirani položaj.

Kisik u organometalnoj mreži

Postoji li takav preferirani smjer fizičari govore o anizotropiji. "Sada možemo sustavno utjecati na ovu anizotropiju", kaže Stepanov kolega Klaus Kern. U tu svrhu, istraživači hvataju kisik mrežom koja sadrži željezo dopuštajući mu da teče dobro doziran u komoru. Na neke atome željeza tada stavljaju molekule kisika. U atomu željeza s takvom krunom mijenja se smjer u kojem je orijentiran magnet trake: Figurativno rečeno, ispravlja se i sada strši okomito iz mreže.

Fizičari s Instituta Max Planck za istraživanje čvrstog stanja utvrđuju da li bar magnet leži vodoravno u mreži ili je u njemu vertikalno razrađenom metodom koja koristi polarizirano svjetlo rendgenskih zraka za određivanje takozvanog magnetskog kružnog dikroizma : Oni sjaje sinkrotronskim snopom neke energije na materijalu. Ponekad je svjetlost polarizirana na lijevoj, a ponekad na desnoj strani. To je, figurativno rečeno, svjetlosni val skreće lijevo i desno oko svog smjera. Elektroni u atomu željeza apsorbiraju tu energiju. Apsorpcija desne ili lijeve kružno polarizirane svjetlosti sada ovisi o tome koliko snažno željezo magnetizira u smjeru rendgenske zrake. Razlika odražava kružni dikroizam. Ako se odredi snaga za različite smjerove, uči se u kojem smjeru usmjerava magnet trake.

"Budući da se atomi željeza međusobno ne osjećaju, kisik selektivno utječe na magnetski trenutak", kaže Stepanov. Strijelni magnet se na taj način naginje samo u atomima EIsen-a, koji nose krunicu s kisikom. Fizičari zasad nemaju utjecaja na kojem metalu atoma se temelji molekula kisika. "U principu, to se može kontrolirati mikroskopom za skeniranje", kaže Stepanov. Mikroskop za skeniranje ima fini vrh koji može preuzeti molekulu kisika i ciljati je na atom željeza.

Mjere protiv magnetskog izumiranja

Istraživači trenutno ne rade na tome. Prvo, traže način da kombiniraju nekoliko atoma željeza u magnetski kolektiv. Jedan atom željeza po bitu omogućava najgušće memorije, ali možda nije dovoljan za pouzdano pohranjivanje podataka. Tako fizičari žele dati atomima željeza jedan za drugi. Metalni atomi evoluirali bi kad bi se približili jedan drugom, to jest, ako bi bili umreženi kraćim molekulama. Međutim, teško je pronaći molekule koje to čine jednako pouzdano kao tereftalnu kiselinu.

"Stoga pokušavamo odvojiti organometalnu mrežu izolacijskim slojem od površine bakra", kaže Stepanov. Elektroni bakra dolaze u više ili manje jak kontakt s organometalnom mrežom koja leži na njegovoj površini. Tako bakar uklanja dio magnetske sile koju svaki atom željeza djeluje na svoje okruženje. Bez gubitka snaga bi mogla doći do najbližeg susjeda.

Također je malo vjerojatno da će mreža željeza i tereftalne kiseline pohraniti podatke u tvrde diskove jer magnetne trake samo pouzdano pretpostavljaju preferirani smjer na samo ispod 270 stupnjeva Celzija ispod nule. Pri višim temperaturama, toplinska energija je dovoljna da se magnetima šipke izbaci iz željenog smjera.

"Međutim, s našim hibridnim materijalima dokazali smo da u principu postoje materijali koji mogu pohraniti bitove u pojedinačne atome", kaže Kern. "I saznajemo više o veličini Spintronic-a, koji djeluje drugačije od elektronike s uvijanjem elektrona, a ne njihovim električnim nabojem." Sada se radi o razvoju s tim razumijevanjem tvari koje su sinonim za tvrde diskove u računalu prikladna.

(idw - MPG, 18.03.2009. - DLO)