Der Spin des Moleküls (orange) klappt um und verformt das Nanoröhrchen (schwarz), das zwischen zwei Elektroden (gold) aufgespannt ist.
C. Grupe / KIT
Durch das Zusammensetzen von Kohlenstoffnanoröhrchen und magnetischen Molekülen auf atomarer Ebene, kann ein quantenmechanisches System mit neuartigen Eigenschaften geschaffen werden.
Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie und französische Kollegen aus Grenoble und Strasbourg gelang es, Kohlenstoffnanoröhrchen und magnetische Moleküle auf atomarer Ebene zusammenzusetzen. In dem Experiment nutzten die Forscher ein Kohlenstoffnanoröhrchen, das zwischen zwei Metallelektroden etwa einen Mikrometer weit aufgespannt war und mechanisch schwingen kann. Daran brachten sie ein organisches Molekül an, das dank eines eingebauten Metallatoms ein magnetisches Moment trug, welches sich in einem äußeren Magnetfeld ausrichten ließ.
In diesem Aufbau zeigen sie, dass die Schwingungen des Röhrchens direkt beeinflusst werden, wenn der Spin sich parallel oder antiparallel zum Magnetfeld einstellt. Beim Umklappen des Spins entsteht ein Rückstoß, der an das Kohlenstoffnanoröhrchen weitergegeben wird und es in Schwingung versetzt. Die Schwingung verändert die Atomabstände des Röhrchens und damit direkt seine Leitfähigkeit, die als Maß für die Bewegung herangezogen wurde.
Magnetische Kräfte im Nanobereich messen
Die starke Wechselwirkung zwischen einem magnetischen Spin und einer mechanischen Schwingung eröffnet - neben der Bestimmung der Bewegungszustände des Kohlenstoffnanoröhrchens - einige interessante Anwendungsfelder. So ließen sich die Massen von einzelnen Molekülen bestimmen oder magnetische Kräfte im Nanobereich messen. Auch der Einsatz als Quantenbit in einem Quantencomputer wäre denkbar.
Die Wissenschaftler weisen darauf hin, wie wichtig solche Wechselwirkungen in der Quantenwelt, also im Bereich diskreter Energien und der Tunnelerscheinungen, sind, um in Zukunft die Vorteile der nanoskopischen Effekte auch in makroskopischen Anwendungen zu nutzen. Insbesondere könnte die Verbindung von Spin, Schwingung und Rotation auf der Nanoebene den Weg zu Anwendungen öffnen, die kein klassisches Vorbild haben und wirklich neuartige Technologie darstellen.
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