Die drei organischen Moleküle und die Kobalt-Oberfläche richten ihre magnetischen
Momente sehr stabil aufeinander aus. (Bild: M. Gruber/KIT)
Organische Moleküle ermöglichen druckbare Elektronik und Solarzellen mit außergewöhnlichen Eigenschaften. Auch in der Spintronik eröffnen die Moleküle die unerwartete Möglichkeit, den Magnetismus von Materialien und damit den Spin der fließenden Elektronen zu beeinflussen. So kann eine dünne Schicht von organischen Molekülen die magnetische Ausrichtung einer Kobalt-Oberfläche stabilisieren, wie ein deutschfranzösisches Forscherteam nun im Fachmagazin Nature Materials berichtet. (DOI: 10.1038/NMAT4361) „Diese ungewöhnliche Wechselwirkung zwischen organischen Molekülen und Metalloberflächen könnte helfen, Informationsspeicher einfacher, flexibler und günstiger herzustellen“, erklärt Wulf Wulfhekel vom KIT. So werden etwa in Computerfestplatten auch mikroskopische Magnete mit konstanter Ausrichtung verwendet. Organische Moleküle unter dem Stichwort „druckbare Elektronik“ könnten hier neue, einfache Produktionsprozesse eröffnen, die die Selbstorganisation der Moleküle ausnutzen.
System aus Antiferromagneten und Ferromagneten
In der aktuellen Studie wurden drei Molekül-Lagen des Farbstoffes Phtalocynine auf die Oberfläche des Ferromagneten Kobalt aufgebracht. Die magnetischen Momente der Moleküle richteten sich zum Kobalt und zueinander alternierend aus, die Moleküle bildeten eine sogenannte antiferromagnetische Anordnung. Diese Kombination
aus Antiferromagneten und Ferromagneten bewahrt ihre magnetische Ausrichtung recht stabil auch unter externen Magnetfeldern oder Abkühlung. „Überraschenderweise gewinnt hier das leichtgewichtige Molekül das magnetische Armdrücken mit dem schwergewichtigen Ferromagneten und gibt die Eigenschaften vor“, so Wulfhekel. Systeme aus Antiferromagneten und Ferromagneten kommen unter anderem im Lesekopf von Festplatten vor. Bislang ist die Herstellung des Antiferromagneten recht aufwendig. Sollten sich Moleküle hier einsetzen lassen, könnten die Antiferromagneten eines Tages einfach aus dem Drucker kommen.
Die aktuelle Fachveröffentlichung entstand in Zusammenarbeit von Forschern des KIT, der Universität Strasbourg und des Synchrotron Soleil. Der Erstautor Manfred Gruber war Mitglied der deutschfranzösischen Doktorandenschule „Molekulare Elektronik und Hybridstrukturen“, indem verschiedene Aspekte von Nanoelektronik, Spintronik und organischer Elektronik erforscht werden.