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28.08.09 Sind Metallofullerene Datenspeicher der Zukunft?
Kohlenstoff-Fussbälle als Datenspeicher
Ordnungsprinzipien bei Metallofullerenen erlauben Datenspeicherung
Klein, kleiner, "Nano"-Datenspeicher. Als interessante Materialien für solche Miniatur-Speicher kommen beispielsweise Metallofullerene in Frage, das heisst Kohlenstoff-"Käfige" mit eingeschlossenen Metallverbindungen. Untersuchungen von Empa-Forschern zeigen nun, dass Metallofullerene geordnete supramolekulare Strukturen mit unterschiedlichen Orientierungen ausbilden. Durch gezielte Manipulation dieser Orientierungen könnten Daten gespeichert und wieder ausgelesen werden.
Abb. 1: Metallofullerene - aufgebracht auf einer Oberfläche - bilden geordnete Inseln identisch orientierter Moleküle. Zur besseren Visualisierung wurde die Aufnahme des Rastertunnelmikroskops eingefärbt - pro Orientierung der Moleküle eine Farbe.
Quelle: EMPA
Kohlenstoff existiert als elementar z.B. als Diamant und als Graphit. Fullerene wurden als dritte Modifikation des Kohlenstoffs in den 1980er-Jahren entdeckt. Der bekannteste Vertreter dieser ballförmigen Moleküle, das Buckminster-Fulleren, umfasst 60 Kohlenstoffatome und besitzt die Form eines herkömmlichen Fussballs. Schon bald danach waren Forscher von der Idee fasziniert, einzelne Fremdatome oder Verbindungen in die Struktur dieser "Nanokäfige" einzuschliessen. Vor allem Metallofullerene - Fullerene mit eingeschlossenen Metallverbindungen - haben das Interesse der IT-Branche, aber auch der Medizin geweckt. So basiert ein Kontrastmittel für Magnetresonanztomografie auf Metallofullerenen. Es gibt aber auch Metallofullerene mit einzigartigen elektronischen Eigenschaften, die für die IT-Industrie beispielsweise als "Nano"-Datenspeicher interessant sind.
Zusammen mit Kollegen der Universität Zürich, des Paul Scherrer Instituts sowie des Leibniz-Instituts in Dresden haben Empa-Forscher aus Dübendorf in der Schweiz Metallofullerene untersucht und konnten zeigen, dass diese - aufgebracht auf einer Oberfläche - geordnete Inseln identisch orientierter Moleküle bilden. Dabei wiesen die eingeschlossenen Metallverbindungen unterschiedliche Orientierungen auf. Könnte nun durch externe Stimuli - analog einem Schalter - eine Orientierung in eine andere umgekippt werden, wäre dies ein Grundmechanismus für die Datenspeicherung.
Abb. 2: Modell des untersuchten Metallofullerens - bestehend aus 80 Kohlenstoffatomen (hellblau), 3 Dysprosiumatomen (rot) und 1 Stickstoffatom (dunkelblau).
Quelle: EMPA
Bei den durch die Empa-Forscher untersuchten Molekülen handelt es sich um ein endohedrale C80-Metallofullerene (endohedral: im Innern der Kugel) - deren Struktur ein Trimetallnidrid einschliesst. Als Metall wurde das Lanthanid Dysprosium verwendet. Endohedrale Komplexe lassen sich nicht mit allen Metallen des Periodensystems bilden; mit den Lanthanoiden ist dies problemlos möglich.
Die Forscher brachten für ihre Untersuchungen eine hauchdünne Einzelschicht der Metallofullerene auf einer Kupferunterlage auf. Dann beobachteten sie mit dem Rastertunnelmikroskop und mittels Photoelektronenbeugung wie sich die Metallofullerene auf der Unterlage ordnen. Die Untersuchungen zeigten dabei unter anderem, dass die eingeschlossene Metallverbindung mit der Unterlage wechselwirkt und entsprechend die passenden Orientierungen annimmt.
Quelle:
Looking inside an endohedral fullerene: Inter- and intramolecular ordering of Dy3N @ C80 (Ih) on Cu(111)
M. Treier, et. al., Physical Review B 2009, DOI: 10.1002/ange.200901119
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Sind Metallofullerene Datenspeicher der
Zukunft?
(URL: http://www.organische-chemie.ch/chemie/2009/aug/metallofullerene.shtm)
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