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Der erste Hochtemperatur-Einzelmolekülmagnet kann die Speicherkapazität der Festplatte revolutionieren

Der erste Hochtemperatur-Einzelmolekülmagnet kann die Speicherkapazität der Festplatte revolutionieren



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In der heutigen digitalen Welt besteht eine der dringendsten technologischen Anforderungen darin, mehr und effizientere Wege zum Speichern und Verarbeiten digitaler Informationen zu finden.

Eine kürzlich erfolgte bahnbrechende Entdeckung des weltweit ersten Hochtemperatur-Einzelmolekülmagneten (SMM) öffnet Türen für zukünftige aufregende Entwicklungen bei der massiven Erhöhung der Speicherkapazität von Festplatten, ohne deren physikalische Größe zu erhöhen.

Vor der Veröffentlichung der Studie Magnetische Hysterese bis zu 80 Kelvin in einem Dysprosium-Metallocen-Einzelmolekülmagneten unter der Leitung von Professor für Chemie Richard Layfield an der Universität von Sussex in England war es nur möglich, Einzelmolekülmagnete mit blockierenden Temperaturen zu synthetisieren erreicht durch Abkühlen mit beträchtlich teurem und knappem flüssigem Helium.

Das Team der University of Sussex berichtete in Zusammenarbeit mit der Sun-Yat Sen University in China und der University of Jyväskylä in Finnland über einen neuen Einzelmolekülmagneten (SMM), bei dem es sich um eine Art Material handelt, das magnetische Informationen bis zu einer charakteristischen Blockierung beibehält Temperatur.

In der Zeitung, veröffentlicht in der Zeitschrift Wissenschaft, Die Wissenschaftler erklären, wie sie das erste SMM mit einer Blockiertemperatur über 77 K, dem Siedepunkt von flüssigem Stickstoff, der sowohl billig als auch leicht verfügbar ist, erfolgreich entworfen und synthetisiert haben.

"Einzelmolekülmagnete sind seit über einem Vierteljahrhundert fest im Flüssig-Helium-Temperaturbereich (–196 ° C) verankert. Nachdem wir zuvor einen Entwurf für die Molekülstruktur eines Hochtemperatur-SMM vorgeschlagen hatten, haben wir ihn jetzt verfeinert unsere Designstrategie auf ein Niveau, das den Zugriff auf das erste derartige Material ermöglicht ", sagte Professor Richard Layfield.

SMMs sind Moleküle mit der Eigenschaft, sich an die Richtung eines Magnetfelds zu erinnern, das nach dem Ausschalten des Magnetfelds über relativ lange Zeiträume an sie angelegt wurde. Dies ermöglicht es, Informationen in Moleküle zu schreiben.

"Unser neues Ergebnis ist ein Meilenstein, der ein großes Hindernis für die Entwicklung neuer molekularer Informationsspeichermaterialien überwindet, und wir freuen uns über die Aussichten, das Feld noch weiter voranzutreiben", sagte Professor Layfield.

Erster Hochtemperatur-Einzelmolekülmagnet

Gemäß der Zusammenfassung können Einzelmolekülmagnete (SMMs), die nur ein Metallzentrum enthalten, die untere Größengrenze für molekülbasierte magnetische Informationsspeichermaterialien darstellen. Derzeit benötigen alle SMMs eine Flüssig-Helium-Kühlung, um magnetische Speichereffekte zu zeigen.

Die Wissenschaftler berichten über eine chemische Strategie für den Zugang zum Dysprosiummetallocenkation, das eine magnetische Hysterese über den Temperaturen von flüssigem Stickstoff zeigt. Nach der Zusammenfassung ist die magnetische Blockiertemperatur von T.B. = 80 K für dieses Kation überwindet eine wesentliche Barriere für die Entwicklung von Nanomagnetvorrichtungen, die bei praktischen Temperaturen funktionieren.

Molekularen Magnetismus verstehen

Neue Erkenntnisse aus Berechnungen

Die neue Dysprosiummetallocen-Verbindung ist das Ergebnis mehrjähriger wissenschaftlicher Forschung. Laut den Wissenschaftlern erforderte das Projekt die Entwicklung neuer Ansätze in der metallorganischen Lanthanoidchemie sowie tiefe Einblicke in die Beziehung zwischen der mikroskopischen elektronischen Struktur und den magnetischen Eigenschaften der untersuchten Systeme.

"Berechnungsmethoden, die auf der Quantenmechanik und der Relativitätstheorie basieren, spielen eine wichtige Rolle bei der Charakterisierung und dem Design neuer Einzelmolekülmagnete. Die heute verfügbaren großen Rechenressourcen haben es beispielsweise ermöglicht, die Wechselwirkung zwischen Kristallschwingungen und Elektronik zu klären Struktur der in der vorliegenden Arbeit untersuchten Moleküle ", erklärt der Postdoktorand Akseli Mansikkamäki vom Fachbereich Chemie der Universität Jyväskylä.

Technologische Anwendungen für den Einzelmolekülmagneten (SMM)

Einzelmolekülmagnete haben das Potenzial für wichtige Anwendungen wie digitale Speichermedien mit hoher Dichte sowie Teile von Mikroprozessoren in Quantencomputern. Praktische Anwendungsentwicklungen haben bisher Herausforderungen gefunden, da Einzelmolekülmagnete nur bei extrem niedrigen Temperaturen arbeiten.

Der Forschung zufolge verschwinden ihre intrinsischen Gedächtniseigenschaften häufig, wenn sie mehr als einige Grad über den absoluten Nullpunkt (-273 ° C) erhitzt werden. Das erste SMM kann dies jedoch ändern und Fortschritte beim Quantencomputing ermöglichen.

Quantencomputer sind Computer, die quantenmechanische Phänomene wie Überlagerung, Verschränkung und Interferenz verwenden.

Quantencomputer und Quantenmechanik erklärt von Dr. Talia Gershon, Senior Manager, Quantum Research bei IBM

Ein Update auf Quantencomputern 2018 von Futurist und Autor Christopher Barnatt

Laut Christopher Barnatt könnte Intel mit der Zeit winzige Quantenprozessoren herstellen, die Tausende oder Millionen Qubits enthalten. "Im Gegensatz zu herkömmlichen Mikroprozessoren müssen diese immer noch super kalt bis fast absolut Null sein", sagt Barnatt.

Britisch-finnisch-chinesische Zusammenarbeit

Der Einzelmolekülmagnet, der in der Zukunft des Quantencomputers eine so wichtige Rolle spielen wird, war das Ergebnis der koordinierten Bemühungen von drei Universitäten.

Die synthetische Arbeit und Charakterisierung der hergestellten Verbindungen wurde von der Forschungsgruppe von Professor Layfield durchgeführt, während magnetische Messungen an der Sun Yat-sen-Universität unter der Leitung von Professor Ming-Liang Tong durchgeführt wurden. Der Postdoktorand Akseli Mansikkamäki führte theoretische Berechnungen und Analysen am Department of Chemistry der Universität Jyväskylä durch.

Die Studie bietet auch Einblicke und eine Roadmap zur weiteren Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von SMMs und zur Annäherung aufregender technologischer Anwendungen einschließlich des Quantencomputers an die Realität.


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