Der stärkste Dauermagnet der Welt – so klein wie ein Atom: Diese rekordverdächtige Kombination hat ein deutsches Forscherteam mit einem raffinierten Nano-Experiment erzeugt. Sie schufen eine Kette aus drei Eisenatomen, deren Magnetfeld mit einer Mikroskopspitze gezielt umgepolt werden kann. Diese Kontrollmöglichkeit könnte die Entwicklung des Quantencomputers beflügeln und alternative Konzepte für künftige Speichermedien erschließen, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Nanotechnology“ berichten.
Atomare Magnete gelten als die Speichermedien der Zukunft und als mögliche Grundeinheit für einen Quantencomputer. Schon länger experimentieren Forscher daher mit einzelnen Atomen oder Atomgruppen, deren Spin sich als Null oder Eins auslesen lassen. Shichao Yan vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie in Hamburg und seine Kollegen haben nun eine Methode entwickelt, mit der sich ein atomarer Magnet aus drei Eisenatomen gezielt umpolen und kontrollieren lässt.
Nanokette umgepolt
Für ihr Experiment erzeugten die Physiker zunächst den Nanomagneten: Auf einer glatten Kupferoberfläche verbanden sie mit der feinen Spitze eines Rastertunnelmikroskops drei Eisenatome zu einer kurzen Kette. Als nächstes pickten sie mit ihrem Mikroskop weiteres Eisen auf – mit dem Effekt, dass ein paar Eisenatome an der Spitze haften blieben und sie dadurch magnetisch machten. Dann manövrierten die Forscher die Spitze sehr dicht und mit hoher Präzision über die Eisenkette.
Da sich mit dem Mikroskop extrem schnelle Prozesse messen lassen, konnte das Team analysieren, was sich innerhalb von Nanosekunden in der Eisenkette abspielte. Das überraschende Ergebnis: „Abhängig von der Position der Mikroskopspitze konnten wir das Magnetfeld der Eisenkette kurzzeitig umpolen“, beschreibt Seniorautor Sebastian Loth vom MPI für Struktur und Dynamik der Materie. „Wir waren verblüfft, wie gut das funktioniert.“
