Die Entwicklung organischer, aus einzelnen Molekülen bestehender Magnete eröffnet eine ganze Reihe von Anwendungsmöglichkeiten für magnetische Materialien und neuartige Speichertechnologien. Organische Magnete sind leichter, flexibler und weniger energieaufwendig in der Herstellung als herkömmliche Magnete. Wissenschaftler im Labor von Benedetta Casu und Thomas Chassé am Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Tübingen haben zusammen mit Kollegen der Universität Florenz einen ersten Schritt auf dem Weg neuer Anwendungen für organische Magnete untersucht: Ihre kontrollierte Herstellung in einem dünnen Film.
Organische Magnete sind chemische Verbindungen, die auf Kohlenstoff basieren und keine klassischen magnetischen Stoffe wie Eisen enthalten. Sie sind paramagnetisch, zeigen also nur so lange magnetische Eigenschaften, wie sie sich in der Nähe eines Magnetfelds befinden. Dafür ist entscheidend, dass sie mindestens ein ungepaartes Elektron enthalten, das dem Molekül einen magnetischen Charakter verleihen kann. In der Chemie heißen solche Stoffe auch freie Radikale.
Bisher wurden organische Magnete vorrangig im Hinblick auf ihre chemischen Eigenschaften untersucht. In der neuen Studie konzentrierten sich die Wissenschaftler jedoch auf die Herstellung molekularer Magnete in einem sehr dünnen Film im Nanometerbereich, das sind Dimensionen von Millionstel Millimetern. Sie lassen dabei das Molekül NitPyn, ein Abkömmling des Nitronyl-Nitroxid-Radikals, das sich bereits zuvor als recht stabiler organischer Magnet erwiesen hatte, in geordneter Struktur auf einem einzelnen Goldkristall aufwachsen.
Die Wissenschaftler haben ein Verfahren zur Bildung dünner Filme von organischen Stoffen erstmals für die Herstellung einer dünnen Schicht aus organischen Magneten genutzt. Anschließend wiesen sie nach, dass die paramagnetischen Eigenschaften des NitPyn stabil erhalten blieben, auch nach Verdampfung und Wachstum der Filme. Auch die Grenzfläche zwischen den Goldkristallen und der NitPyn-Schicht unterzogen sie einer genauen Untersuchung.
Mit der Herstellung dieser neuen, rein auf organischen Stoffen beruhender Magnete haben die Wis-senschaftler eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung von Bauteilen für neuartige Speicher-technologien geschaffen: Ziel ist, dass ein einzelnes Molekül eine Informationseinheit tragen kann und so eine sehr große Datenmenge auf sehr kleinem Raum gespeichert wird. Dieses Projekt an der Schnittstelle von Physik, Chemie, Materialwissenschaft und Technologie soll das Potenzial dieser Materialien für eine organische Elektronik nutzbar machen.
(Eberhard Karls Universität Tübingen, 25.03.2013 – NPO)
