Wissenschaftler der Harvard University haben eine Nanostruktur entwickelt, die aufgrund ihrer Polarisationseigenschaften gute Aussichten hat, als Datenspeicher eingesetzt zu werden: Das Team unter der Leitung des Chemikers Hongkun Park berichtet im Journal of the American Chemical Society über das Herstellungsverfahren dieser Nanostrukturen aus Übergangsmetallen und in den Nano Letters über die erfolgreiche Polarisation der winzigen Strukturen.
Nanostrukturen, die in der Zukunft aufgrund der fortschreitenden Miniaturiserung unter anderem bestimmte Bauteile in Schaltkreisen ersetzen sollen, wurden bisher hauptsächlich aus Kohlenstoff, Metall, Halbleitern oder binären Oxiden hergestellt. Park und seine Mitarbeiter konzentrierten sich dagegen auf Übergangsmetalloxide mit Perowskit-Struktur, die einige interessante physikalische Eigenschaften wie Ferro- und Piezoelektrizität und Magnetoresistivität zeigen. Wird ein äußeres elektrisches Feld an ein solches Material angelegt, so polarisiert es spontan. Durch die kontrollierte Polarisation winziger und eng benachbarter Bereiche ließen sich so zum Beispiel die Einsen und Nullen, aus denen digitale Information besteht, in gegensätzlich polarisierte winzige Zonen abspeichern und das Material könnte mit einer hohen Datendichte beschrieben werden.
Untersuchungen an dünnen Schichten von Übergangsmetallen zeigten allerdings, dass die elektrischen und magnetischen Eigenschaften kritisch von den Ausmaßen der Probe abhängen. Um die Frage zu beantworten, ob diese Polarisationseffekte auch in winzigen Nanostrukturen auftreten, entwickelte das Team der Harvard-University zunächst ein Verfahren zur Herstellung solcher einkristalliner Nanostrukturen aus Barium- und Strontiumtitanat. Die so hergestellten, gut voneinander isolierten Nanostrukturen haben einen Durchmesser von bis zu 60 Nanometer bei einer Länge von mehr als 10 Mikrometer. Tausender solcher Strukturen zusammengenommen besitzen gerade mal die Dicke eines menschlichen Haares.
Nach der erfolgreichen Herstellung der Strukturen wurden benachbarte Bereiche auf den Bariumtitanat-Nanostrukturen durch eine abwechselnd positiv und negativ geladene Spitze eines Rastersondenmikroskop einem alternierenden elektrischen Feld ausgesetzt, und sollten dadurch – so die Idee – gegensätzlich polarisiert werden. Beim Abtasten der Struktur mit einem elektrostatischen Kraftmikroskop fanden die Wissenschaftler tatsächlich die gewünschte Polarisation in einem Bereich von 100 Quadratnanometern. Dies entspricht immerhin einer Datendichte von etwa einem Terabit pro Quadratzentimeter und macht die Übergangsmetall-Nanostrukturen zu guten Kandidaten für die Datenspeicherung der Zukunft.
Mehr über Nanostrukturen erfahren Sie bei Nanonet, einer Seite des Bundesministeriums für Forschung und Bildung.
Katja Bammel
