Uni Duisburg-Essen: Schalter aus nur einem Atom

Ein einzelnes Atom macht den Unterschied: Forscher vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) und der National University in Seoul (Korea) konnten das im Experiment zeigen. Sie arbeiten mit Strukturen, die kleiner sind als ein millionstel Millimeter. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift ACS Nano.

Von Helium_atom_QM.svg: User:Yzmoderivative work: Cepheiden (talk) - Helium_atom_QM.svg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6949216

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An – aus. Mit diesen zwei Zuständen speichern Rechner alle Daten, vom Text bis zum Video. Ein ganzes Fachgebiet, die „Solotronics“, beschäftigt sich aktuell mit der Herausforderung, einzelne Atome als Schalter für mannigfaltige Funktionen zu verwenden.

So auch Franziska Muckel aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Gerd Bacher: Aus nur 26 Atomen bestehen die winzigen Strukturen, mit denen die Nanoingenieurin arbeitet. Je 13 Cadmium- und Selenatome bilden zusammen ein Kügelchen, das kleiner ist als ein Nanometer. Tauscht die 29-Jährige darin ein einzelnes Atom gegen ein magnetisches Pendant aus, so kann sie die Struktur gezielt beeinflussen: Legt sie ein Magnetfeld an, ändert sich die Lichtabsorption – die Probe lässt mehr oder weniger Licht hindurch und wirkt dadurch wie ein Schalter.

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Was abstrakt klingt, könnte die künftige Informationsverarbeitung nicht nur kompakter, sondern auch deutlich energieeffizienter machen: Denn so ließen sich mehr Daten auf kleinem Raum speichern. Auch die Bauteile würden nicht so heiß werden und somit länger halten. Der Effekt funktioniert sogar bei Raumtemperatur und damit auch außerhalb strikter Laborbedingungen – in unserem Alltag.

Dass die Wirkung tatsächlich auf nur ein Atom zurückzuführen ist, konnte Muckel in Konzentrationsreihen nachweisen: Strukturen ohne Fremdatom zeigten keinerlei Reaktion auf das Magnetfeld, bei zwei magnetischen Fremdatomen hob sich die Wirkung auf.

Bevor die Nano-Kügelchen aber tatsächlich helfen, unsere Urlaubsfotos zu speichern, ist es ein langer Weg: „Noch können wir die Strukturen nicht einzeln präparieren und messen – daran arbeiten wir als nächstes.“

Originalpublikation:
F. Muckel, J. Yang, S. Lorenz, W. Baek, H. Chang, T. Hyeon, G. Bacher, and R. Fainblat. Digital Doping in Magic-Sized CdSe Clusters. ACS Nano 2016 10 (7), 7135-7141
DOI: 10.1021/acsnano.6b03348

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