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Dienstag, 24.01.2017
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Preußisch-Blau als Datenspeicher

Farbstoff funktioniert unter Lichteinfluss wie ein molekularer Schalter

Preußisch-Blau kann mehr als nur Stoffe färben: Eine Verbindung aus der Gruppe dieses Farbstoffs könnte zukünftig auch als Datenspeicher dienen. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass das Molekül unter Lichteinfluss magnetisiert werden kann und dann wie ein winziger Schalter agiert. Das jedoch ist die Grundvoraussetzung für digitale Speicherelemente.
Pigment Preußisch-Blau

Pigment Preußisch-Blau

In der Computertechnik wächst der Bedarf an Speicherkapazität exponentiell. Immer größere Datenmengen sollen auf immer kleineren Speichermedien gelagert werden. Während die erste Festplatte von IBM im Jahr 1954 noch eine Tonne wog und ganze fünf Megabyte speichern konnte, lassen sich heute mehrere Gigabyte auf nur wenige Gramm schweren Medien konservieren. Da die herkömmliche Siliziumtechnologie jetzt jedoch langsam an ihre Verkleinerungsgrenzen stößt, suchen auch Chemiker weltweit nach neuen Substanzen, die zukünftig als digitale Schaltelemente Dienst tun könnten.

Jetzt haben Forscher der Universität von Paris eine Verbindung ausfindig gemacht, die die begehrten Schalteigenschaften, die Fähigkeit, durch einen äußeren Reiz von einem Zustand (0) in den anderen (1) zu wechseln, aufweist. Ausgangsmaterial war der seit der Antike bekante Farbstoff Preußisch-Blau. Indem sie einige der Eisenatome dieser Verbindung durch Kobalt ersetzten, wandelten sie das Pigment zu einem molekularen Schalter um: Wird die Verbindung bei einer Temperatur von minus 150 Grad mit rotem Licht bestrahlt, springt das Molekül von einem nicht-magnetischen (0) in einen magnetischen Zustand (1) um und behält diesen Zustand bei. Erst wenn es wieder erhitzt wird, fällt es in den Ausgangszustand zurück.

Basis dieses “Umschaltens“ ist der durch die Absorption von Licht beziehungsweise der durch die Wärmeenergie ausgelöste Transfer eines Elektrons innerhalb des Moleküls vom Eisen zum Kobalt und zurück. Bei diesem Elektronenübergang verändert sich die Anordnung der Atome im Molekül: Die normalerweise gebogenen Bindungen zwischen den Kohlenstoff-, Stickstoff-, Kobalt- und Eisenatomen richten sich auf und werden linear. Diese Konformationsveränderung ist für die geänderten magnetischen Eigenschaften verantwortlich.


Die Kenntnis solcher Vorgänge auf atomarem Niveau ist die Voraussetzung für die Chemie, neue Substanzen zu entwickeln, die industriell als Datenspeicher einer Größe von nur wenigen Atomen eingesetzt werden könnten. Schon jetzt sind einige Verbindungen bekannt, die die Eigenschaften der traditionellen Speichermaterialien perfekt reproduzieren – nur eben um Größenordnungen kleiner. Noch müssen Wege gefunden werden, diese Materialien auch großtechnisch einzusetzen, aber die Chemiker sind hoffnungsvoll, schon bald auch ihren Preußisch-Blau-Verwandten Farbstoff so zu verfeinern, dass eine konkrete Anwendung möglich wird.
(CNRS, 18.01.2007 - NPO)
 
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