31.01.11 Licht schaltet molekularen Magneten
Winziger magnetischer Schalter entwickelt
Wissenschaftler der Uni Kiel synthetisieren molekulare Maschine in Plattenspielerform
Einer Kieler Forschergruppe um den Chemiker Professor Rainer Herges ist es erstmals gelungen, den magnetischen Zustand eines einzelnen Moleküls bei Raumtemperatur gezielt zu steuern. Das schaltbare Molekül könnte beim Bau winziger elektromagnetischer Speicher ebenso zum Einsatz kommen wie in der Medizin.
Abb. 1: Das Plattenspieler-Molekül im Modell. Die Pfeile
symbolisieren den magnetischen Zustand im Nickel-Ion, der sich durch Kontakt mit
dem Stickstoffatom am "Tonarm" gezielt schalten lässt.
Quelle: Rainer Herges, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Die Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel entwickelten
eine molekulare Maschine, die ähnlich wie ein Plattenspieler aufgebaut ist. Das
Molekül besteht aus einem Nickel-Ion, das von einem Porphyrin-Ring umgeben ist,
und einer Pyridylgruppe, die wie ein Tonarm darüber schwebt. "Wenn wir dieses
Molekül mit blaugrünem Licht bestrahlen, wird das Stickstoffatom wie eine Nadel
exakt senkrecht auf dem Nickel-Ion platziert", erklärt Rainer Herges. "Dadurch
wird das Nickel-Ion magnetisch, weil die Paarung zweier Elektronen aufgehoben
ist". Den entgegengesetzten Effekt hat blau-violettes Licht: Das Stickstoffatom
wird wieder angehoben, die Elektronen finden sich zu einem Paar zusammen und das
Nickel-Ion ist dadurch nicht mehr magnetisch. "Dieses Schalten des
Magnetzustandes können wir durch abwechselndes Bestrahlen mit den beiden
unterschiedlich langen Lichtwellen mehr als 10.000-mal wiederholen, ohne dass
die molekulare Maschine ermüdet oder Nebenreaktionen eintreten", freut sich
Herges.
Der entdeckte Schalter mit einem Durchmesser von nur 1,2 Nanometern könnte als
winziger magnetischer Speicher in der molekularen Elektronik verwendet werden.
Vor allem die Hersteller von Festplatten dürften daran interessiert sein, denn
durch Verkleinern der Magnetpartikel auf der Oberfläche der Platten lässt sich
eine höhere Speicherkapazität erreichen. Auch in der Medizin hält Professor
Herges den Einsatz des magnetischen Schalters für denkbar: "Das
Plattenspieler-Molekül kann intravenös als Kontrastmittel in der
Kernspintomografie (MRT) verwendet werden, um nach Tumoren oder Engstellen in
Blutgefäßen zu suchen. Erste Tests in der Neuroradiologie des
Universitätsklinikums Schleswig-Holstein waren erfolgreich." Da durch das
Schalten das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert wird, kommt man mit weniger
Kontrastmittel aus als bei den bisher verwendeten magnetischen Salzen. Zudem, so
Herges, könnte die molekulare Maschine als Basis für die Entwicklung neuartiger
Kontrastmittel dienen, etwa um die Temperatur, den pH-Wert oder sogar bestimmte
biochemische Marker im Körper dreidimensional darzustellen. Rainer Herges zählt
mögliche Anwendungsgebiete auf: "Mit solchen Kontrastmitteln könnte man
Entzündungsherde lokalisieren, Tumore aufspüren und viele Stoffwechselvorgänge
visualisieren."
Quelle:
Magnetic Bistability of Molecules in homogenous solution at Room Temperature
S. Venkataramani, et. al., Science 2011. DOI:
10.1126/science.1201180
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Licht schaltet molekularen Magneten
(URL: https://www.organische-chemie.ch/chemie/2011/jan/schalter.shtm)
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