Forscher entdecken neuartigen Datenspeicher

Physiker haben extreme Widerstandsänderungen in Metall-Sauerstoff-Verbindungen entschlüsselt. Der Effekt könnte für die Entwicklung von nichtflüchtigen Speicherchips genutzt werden.

Bestimmte Metall-Sauerstoff-Verbindungen wie das Oxid von Mangan (Manganat) weisen besondere Eigenschaften in ihrer Leitfähigkeit aus. So lässt sich Manganat durch äußere Einwirkung von einem Isolator in einen Stromleiter und umgekehrt verwandeln. Durch Magnetfelder, Licht oder Druck können Änderungen der Leitfähigkeit von bis zu 10 Größenordnungen hervorgerufen werden.

Dieser Effekt ist für die Datenspeicherung nutzbar. Dabei werden die Bits in unterschiedlichen Widerstandszuständen des Manganats abgelegt. Mit kleinen elektrischen Impulsen lässt sich die Information einschreiben, so die Forscher der Uni Göttingen. Sie haben gemeinsam mit Kollegen aus New York und Chikago den, wie es heißt, „Durchbruch im Verständnis“ dieses Effekts erzielt:

Die Elektronen verursachen bei ihrer Bewegung durch das dreidimensionale Kristallgitter (die periodisch angeordnete Atomstruktur im Manganat) eine Verschiebung der Atome aus deren idealen Positionen. Das Kristallgitter kann sich mit den Elektronen mitbewegen. Solche mit dem Feld ihrer Gitterverzerrung „bekleideten Elektronen“ heißen auch Polaronen.

Schematische Darstellung des Experiments zur Entschlüsselung der Mechanismen von Widerstandsänderungen in Manganaten: Mittels einer extrem genau positionierbaren Nanospitze im Elektronenmikroskop konnte eine Verbindung zwischen den elektrischen Eigenschaften und der räumlichen Anordnung der "bekleideten Elektronen" (Polaronen) sichtbar gemacht werden. Abb.: Uni Göttingen
Schematische Darstellung des Experiments zur Entschlüsselung der Mechanismen von Widerstandsänderungen in Manganaten: Mittels einer extrem genau positionierbaren Nanospitze im Elektronenmikroskop konnte eine Verbindung zwischen den elektrischen Eigenschaften und der räumlichen Anordnung der "bekleideten Elektronen" (Polaronen) sichtbar gemacht werden. Abb.: Uni Göttingen
Foto: xyz xyz

Mit Hilfe moderner Elektronenmikroskopie konnte eine räumlich geordnete periodische Anordnung der „bekleideten Elektronen“ nachgewiesen werden. Die Polaronen kristallisieren dabei zu einem periodischen Muster. Das führt zu einer starken Unterdrückung ihrer Beweglichkeit. Folge: Das Manganat verwandelt sich in einen Isolator. Wird dieser geordnete Polaronenkristall durch ein äußeres elektrisches Feld relativ zu den Gitteratomen in Bewegung gesetzt, zerfällt er nach einiger Zeit in einen ungeordneten Zustand. Es entsteht die so genannte Polaronen-Flüssigkeit. Damit einher geht eine drastische Verringerung des elektrischen Widerstands. Durch eine extrem genau positionierbare Nanospitze im Elektronenmikroskop konnten die Wissenschaftler diesen Prozess unmittelbar sichtbar machen. (dsc)

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