Infrarot-Lichtimpulse können Farbstoffmoleküle zu Nanomagneten umfunktionieren - wenn sie in die richtige Bewegung geraten. Physiker der TU Graz haben das zumindest auf Supercomputern berechnen können. Andreas Hauser (Institut für Experimentalphysik) will nun in einem Laborexperiment die molekularen Magnetfelder kontrolliert erzeugen. Dann könnten die Nanomagneten in Quantencomputern zur Anwendung kommen, wie der Theoretische Physiker gegenüber der APA schilderte.

Andreas Hauser und seine Gruppe am Institut für Experimentalphysik der TU Graz haben berechnet, dass gewisse Moleküle aufgrund ihrer außerordentlichen Symmetrie winzige Magnetfelder im Nanometerbereich erzeugen, wenn sie mit Infrarot-Lichtimpulsen bestrahlt werden. Dabei handelt es sich um sogenannte Metall-Phthalocyanin-Moleküle - flache, ringförmige Farbstoffmoleküle, die dann quasi einen Rumbaschritt vollführen.

Das Team konnte das im Rahmen eines vom Wissenschaftsfonds FWF geförderten Projektes unter Anwendung der Elektronenstrukturtheorie auf Supercomputern des Vienna Scientific Cluster und der TU Graz ableiten. "Ich konnte zwei Doktoranden einbeziehen. Sie werden die Ergebnisse dieser Tage am 'International Symposium on Molecular Spectroscopy' der University of Illinois präsentieren und dann auch auf der University of California in Berkeley vorstellen", umriss Hauer gegenüber der APA das internationale Interesse an den bisherigen Ergebnissen.

Wie bei Rumba

Für die Berechnungen ging man davon aus, dass die Moleküle mit schraubenförmig verdrehten Lichtwellen (zirkular polarisiertem Infrarotlicht) bestrahlt werden. Es sei davon auszugehen, dass dadurch das Molekül in zwei Vibrationen, die im rechten Winkel zueinander stehen versetzt wird. "Aus der richtigen Kombination von Vorwärts- Rückwärts und Links-Rechts wird, wie jedes Rumba-Tanzpaar weiß, eine kleine in sich geschlossene Schleife. Und durch diese kreisförmige Bewegung jedes betroffenen Atomkerns entsteht tatsächlich ein Magnetfeld, allerdings nur sehr lokal, mit Abmessungen im Bereich weniger Nanometer", wie Andreas Hauser erklärte. Das würden jedenfalls die Berechnungen zeigen.

Als nächsten Schritt will man die Theorie gemeinsam mit einem Team an der Uni Graz in der Praxis umsetzen. Die Vermessung der zwar minimalen, aber sehr präzise lokalisierten Magnetfeldstärke sollte laut den Forschenden mithilfe der Kernspinresonanzspektroskopie machbar sein. Aber es gehört noch einiges Geschick und Know-how dazu: "Für diesen Nachweis, aber auch für zukünftige Anwendungen, muss das Phthalocyanin-Molekül auf eine Oberfläche aufgebracht werden. Dadurch verändern sich jedoch die physikalischen Rahmenbedingungen, was wiederum die lichtinduzierte Anregung und die Ausprägung des Magnetfelds beeinflusst", erläuterte Hauser. Dazu muss aber erst ein Trägermaterial gefunden werden, das nur wenig Einfluss auf diese Effekte hat.

Die Wechselwirkungen zwischen den Phthalocyaninen, dem Trägermaterial und dem Infrarotlicht wollen die Experimentalphysikerinnen und -physiker zunächst wieder auf Supercomputern simulieren und dann erst die vielversprechendsten Varianten im Experiment auf die Probe stellen.