ERC Storys – Wenn Moleküle zu Magneten werden – Roberta Sessoli beim Informationstag zum ERC
Der "Spin" ist ein Konzept, das aus der Quantenphysik stammt – Teilchen, wie z. B. Elektronen besitzen einen "Quantenspin", einen Drehimpuls, der sich aus einer Perspektive außerhalb der Quantenphysik nicht visualisieren lässt. Der Spin eines Elektrons ist Teil seines einzigartigen Quantenzustands; ohne ihn gäbe es keine unterschiedlichen Elemente mit ihren charakteristischen Eigenschaften, wie sie im Periodensystem erfasst sind. Der Elektronenspin erzeugt auch ein winziges magnetisches Feld, das, wenn es zwischen vielen Elektronen ausgerichtet wird, zu den uns bekannten magnetischen Kräften führt. "Diese magnetischen Kräfte – Anziehung ohne Berührung – haben den Menschen schon immer fasziniert", erklärt Prof. Sessoli. "Ich befasse mich mit der Möglichkeit, dass einzelne Moleküle einen magnetischen Speicher besitzen könnten. Noch vor 20 Jahren war diese Annahme aufgrund unseres Kenntnisstandes des Magnetismus nicht möglich." Der Durchbruch kam mit der Entdeckung, dass nur wenige Atome nötig sind, um ein magnetisches Feld zu erzeugen – was "Einzelmolekülmagnete" (SMM) oder "molekulare Nanomagnete" zur Folge hatte. "Wir untersuchen jetzt, wie sich ein einzelnes "Informationsstück", das in einem Molekül gespeichert ist, manipulieren lässt", sagt Prof. Sessoli. Wenn Chemie und Physik zusammentreffen Obwohl der Magnetismus von Einzelmolekülmagneten eine physikalische Eigenschaft im Nanomaßstab ist, werden Einzelmolekülmagneten in menschlichem Maßstab mit Hilfe eines chemischen Rezepts erzeugt – hierfür werden die richtigen Zutaten in der richtigen Reihenfolge und unter den richtigen Temperatur- und Druckbedingungen usw. zusammengemischt. "Es gibt sehr viele Parameter, die alle zur gleichen Zeit stimmen müssen, damit der Memory-Effekt in einem Molekül beobachtet werden kann", erklärt Prof. Sessoli. Daher ist der multidisziplinäre Ansatz von Prof. Sessolis Molnanomas-Projekt so wichtig. "Es wird ein breites Kompetenzspektrum benötigt", sagt sie. So ermöglichen beispielsweise Fachkenntnisse in Chemie die Entwicklung von Molekülen, die sich auf flachen Oberflächen oder "Substraten" selbst organisieren und selbst zusammensetzen können. Auf diese Weise können Moleküle in Kreisläufen organisiert werden. "Forscher der Grundlagenphysik untersuchen dann die unbekannten Gebiete, in denen die Quantenwelt der magnetischen Moleküle mit der Welt im Großmaßstab der Substrate "kommuniziert". In Zusammenarbeit mit Chemikern können sie dann die Interaktion zwischen den Molekülen und Substraten abstimmen." Prof. Sessoli zufolge kann die Grundlagenforschung unsere Erkenntnisse "anzweifeln" und neue Fragen aufwerfen, so Prof. Sessoli. Das Projektteam hat bereits in der renommierten Fachzeitschrift "Angewandte Chemie" einen Artikel veröffentlicht, der neue Fragen für die Wissenschaftler aufwirft. Grundlagenwissenschaft für bahnbrechende Technologie "Die Förderung durch den ERC hat wesentlich dazu beigetragen, dass ich mein Wissen auf dem Gebiet des Magnetismus und der Molekularchemie in die Oberflächenwissenschaft einbringen konnte", erklärt Prof. Sessoli. Diese Förderung durch den ERC hilft außerdem bei der Lösung des technisch anspruchsvollen Problems der Messung des molekularen Magnetismus vor dem Hintergrund eines sehr viel größeren Substrats. Hierfür werden nämlich häufig sehr niedrige Temperaturen und Großanlagen, wie z. B. einen "Synchrotron" – eine Art Teilchenbeschleuniger – benötigt. "Unsere Arbeit beleuchtet Quantenphänomene, die aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung der Speichermedien in der Elektronik immer mehr an Bedeutung gewinnen", sagt Prof. Sessoli. "Durch die Anhäufung grundlegender wissenschaftlicher Erkenntnisse kann uns ein technologischer Durchbruch oder ein riesen großer Fortschritt gelingen." - Quelle: Prof. Roberta Sessoli - Projektkoordinator: Università degli Studi di Firenze, Italien - Projekttitel: Molecular Nanomagnets at Surfaces: Novel Phenomena for Spin-based Technologies - Projektakronym: Molnanomas - Molnanomas Projektwebsite(öffnet in neuem Fenster) - RP7 Förderprogramm (ERC-Aufruf): Advanced Grant 2010 -Finanzierung durch die EK: 2,3 Millionen EUR - Projektdauer: fünf Jahre