pte20210721004 Technologie/Digitalisierung, Forschung/Entwicklung

2D-Magnet revolutioniert Datenspeicherung

Auch Quantenphysik und Spintronic profitieren - Industrialisierte Massenproduktion möglich


Schematische Darstellung: So ist der 2D-Magnet aufgebaut (Grafik: lbl.gov)
Schematische Darstellung: So ist der 2D-Magnet aufgebaut (Grafik: lbl.gov)

Berkeley/Stanford/Lemont (pte004/21.07.2021/06:15)

Die Familie der zweidimensionalen Materialien, deren prominentestes und erstes Mitglied Graphen heißt, ist wieder größer geworden. Der jüngste Spross ist etwas ganz Besonderes: der dünnste Magnet der Welt, der bei Zimmertemperatur und selbst noch bei 100 Grad Celsius stabil ist. Er könnte die Basis für neue Datenspeicher werden, wie weit mehr Informationen fassen als die, die heute im Einsatz sind. Auch für die Quantenphysik und die Spintronik, die nicht nur die elektrische Ladung eines Elektrons nutzt, sondern auch dessen magnetische Ausrichtung (Spin), könnte der 2D-Magnet neue Maßstäbe setzen. Das Kunststück ist Forschern des Lawrence Berkeley National Laboratory https://www.lbl.gov/(LBNL) in Kalifornien gelungen.

[b]Dünnfilm-Magnete sind 1000 Mal dicker[/b]

Heutige Speicher bestehen typischerweise aus magnetischen Dünnfilmen. Sie sind, entsprechend ihrer Bezeichnung, extrem dünn. Auf atomarer Ebene aber sind eindeutig dreidimensional – hunderte oder tausende von Atomen dick. Seit Jahrzehnten haben Forscher nach Wegen gesucht, 2D-Magnete herzustellen und damit Daten mit einer viel höheren Dichte zu speichern. Es hat schon vielversprechende Ergebnisse gegeben, doch die 2D-Magnete verloren schon nach kurzer Zeit ihre Anziehungskraft und waren bei Raumtemperatur chemisch instabil.

[b]Film aus Zink mit Kobalt-Dotierung[/b]

Das Team um den Materialforscher Jie Yao, der auch Assistenzprofessor an der University of California https://www.berkeley.edu/ ist, synthetisierte den 2D-Magneten – einen kobaltdotierten Van-der-Waals-Zinkoxid-Magneten – aus einer Lösung von Graphenoxid, Zink und Kobalt. Während einer mehrstündigen Wärmebehandlung in einem Vakuumofen entstand aus der Mischung eine einzelne Atomschicht aus Zinkoxid mit ein paar Kobaltatomen, die zwischen Schichten aus Graphen eingeschlossen sind. Als „Bindemittel" fungieren Sauerstoffatome. In einem letzten Schritt brannten die Forscher das Graphen weg, sodass nur noch die kobaltdotierte Zinkoxidfolie zurückblieb. „Es gibt keine größeren Hindernisse, unsere Herstellungsmethode zu industrialisieren und große Mengen kostengünstig herzustellen", sagt Yao. 

[b]Beweissicherung an drei Instituten[/b]

Um zu beweisen, dass der resultierende 2D-Film tatsächlich nur eine Atomlage dick ist, führten Yao und sein Team rasterelektronenmikroskopische Experimente in der Molecular Foundry des LBNL durch, um die Morphologie des Materials zu identifizieren, und eine transmissionselektronenmikroskopische Bildgebung, um das Material Atom für Atom zu untersuchen. Weitere Untersuchungen fanden an anderen renommierten Forschungseinrichtungen der USA statt wie im Argonne National Laboratory https://www.anl.gov/ in Lemont im Bundesstaat Illinois und am SLAC National Accelerator Laboratory https://www6.slac.stanford.edu/ in Kalifornien.

„Ich glaube, dass die Entdeckung dieses neuen, robusten, wirklich zweidimensionalen Magneten bei Raumtemperatur ein echter Durchbruch ist", sagt Co-Autor Robert Birgeneau, ebenfalls Materialwissenschaftler und Professor für Physik an der Univerity of California in  Berkeley, der die magnetischen Messungen der Studie mit geleitet hat.

(Ende)
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