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Einer Kieler Forschergruppe um den Chemiker Professor Rainer Herges ist es erstmals gelungen, den magnetischen Zustand eines einzelnen Moleküls bei Raumtemperatur gezielt zu steuern. Die Arbeit erschien am 28.01.2011 in der Zeitschrift Science. Das schaltbare Molekül, Ergebnis eines Teilprojekts des Sonderforschungsbereichs 677 “Funktion durch Schalten”, könnte beim Bau winziger elektromagnetischer Speicher ebenso zum Einsatz kommen wie in der Medizin.
Die Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel entwickelten eine molekulare Maschine, die ähnlich wie ein Plattenspieler aufgebaut ist. Das Molekül besteht aus einem Nickelion, das von einem Ring aus Farbstoff (Porphyrin) umgeben ist, und einem Stickstoffatom, das wie an einem Tonarm darüber schwebt. “Wenn wir dieses Molekül mit blaugrünem Licht bestrahlen, wird das Stickstoffatom wie eine Nadel exakt senkrecht auf dem Nickelion platziert”, erklärt Rainer Herges. “Dadurch wird das Nickelion magnetisch, weil die Paarung zweier Elektronen aufgehoben ist”, so der Chemieprofessor. Den entgegengesetzten Effekt hat blau-violettes Licht: Das Stickstoffatom wird wieder angehoben, die Elektronen finden sich zu einem Paar zusammen und das Nickelion 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.”
Die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel hat als Forschungsuniversität im Norden Deutschlands eine ausgewiesene internationale Expertise in den Nanowissenschaften, zum Beispiel im Sonderforschungsbereich 677 “Funktion durch Schalten” der Deutschen Forschungsgemeinschaft. In der aktuellen Runde der Exzellenzinitiative bewirbt sich die CAU zudem mit einem Nano-Exzellenzcluster.
Quelle: idw/Universität Kiel
In der Geschichte des Magnetismus war lange unklar, ob es sich bei elektrostatischen und magnetischen Kräften um gleiche oder um andere Kräfte handelt. In beiden Fällen gibt es Anziehung und Abstoßung und Kraftwirkungen auf Distanz. Gilbert war 1600 der erste, der den Unterschied zwischen magnetischen und elektrischen Kräften definierte.
Im 19. Jahrhundert waren viele Naturforscher auf der Suche nach einem Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus. Oersted war derjenige, der die Verknüpfung als erster entdeckte: Ein Draht, durch den Strom fließt, ist in der Lage eine Magnetnadel abzulenken, ist also von einem Magnetfeld umgeben. Seine Entdeckung löste großen Aufruhr aus. Kloss schreibt in seinem Buch „Geschichte des Magnetismus“, der Oersted-Versuch sei vergleichbar mit einem Urknall des Elektromagnetismus. Kurz darauf entdeckte Ampere, dass zwei in gleicher Richtung von Strom durchflossene Drähte sich gegenseitig magnetisch anziehen. Dieses Phänomen wird noch heute zur Definition der Stromstärkeeinheit Ampere verwendet.
Doku – Cern LHC -Supraleitende Magnete (23min)
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Podkletnov Rotating Superconductors (29min)
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Scientists make a Frog levitate with superconducting ceramics. It is possible to magnetically levitate every material and any living creature due to the always present molecular magnetism:
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