Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nano-Waschbrett mit überraschenden Eigenschaften

17.06.2004


Forscher des Paul-Drude-Instituts erzeugen viel versprechende Strukturen mit Manganarsenid


180 Nanometer dünne Manganarsenid-Schicht. Links Rippen (hell) aus ferromagnetischem Material und Rillen (dunkel) aus paramagnetischem Material. Rechts der magnetische Kontrast innerhalb der ferromagnetischen Streifen. Abb.: PDI



Erst sind es nur dunkle Flecken, die sich im Zeitraffer bewegen und verändern. Dann aber werden daraus langgestreckte Inseln, die sich zu Streifen verbinden. Am Ende blickt der Betrachter auf ein regelmäßiges Streifenmuster auf dem Computerbildschirm, dass sich wie von selbst gebildet hat. "Die hellen und dunklen Flächen entsprechen Bereichen mit unterschiedlichen strukturellen und magnetischen Eigenschaften", erläutert Dr. Lutz Däweritz vom Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik (PDI). Das Material, in dem diese Muster entstehen, heißt Manganarsenid (MnAs) und wurde als dünne Schicht auf Galliumarsenid (GaAs) abgeschieden. Wissenschaftlich korrekt ausgedrückt: eine Hybridstruktur aus einem Halbleiter (GaAs) und einem ferromagnetischen Material (MnAs), in dem sich ferromagnetische und paramagnetische Streifen abwechseln.

... mehr zu:
»Manganarsenid


Manganarsenid ist ein vielversprechendes Material für die Spin-Elektronik. Dabei geht es darum, die magnetischen Eigenschaften eines Elektrons (den "Spin") als Informationsträger zu nutzen. Als "intelligentes Material" ist es weiterhin für Anwendungen in der Sensorik interessant. Doch vor der Realisierung neuartiger Ideen und Bauelemente steht die Forschung an Grundlagen. Schließlich ist Manganarsenid in Form kristalliner Schichten hoher Perfektion ein recht junges Material, nur wenige Forschergruppen weltweit arbeiten damit.

Bei der systematischen materialwissenschaftlichen Forschung am PDI zur Eignung von bestimmten Materialien als Spininjektor spielte auch der Zufall eine gewisse Rolle, wie Dr. Däweritz schmunzelnd erzählt: Ein Doktorand hatte den Auftrag, Mangan in möglichst hoher Konzentration in Galliumarsenid einzubauen. Ziel dieser Arbeiten zu den so genannten verdünnten magnetischen Halbleitern war die Präparation von Schichten, die bei möglichst hohen Temperaturen (oberhalb Raumtemperatur) noch ferromagnetische Eigenschaften und gleichzeitig eine gute strukturelle Perfektion aufweisen. Der Doktorand wählte die Temperatur für die Mangan-Quelle viel zu hoch. "Als wir uns nachher an die Charakterisierung des Materials machten", sagt Däweritz, "erkannten wir an den Beugungsdiagrammen rasch, dass Manganarsenid entstanden war." Der Forscher weiter: "Die strukturelle Perfektion veranlasste uns, weitere detaillierte Untersuchungen vorzunehmen." So ließ sich das MnAs durch exakte Kontrolle der Wachstumsbedingungen in unterschiedlichen Orientierungen abscheiden. Die elektronenmikroskopische Untersuchung zeigte die Ausbildung einer scharfen Grenzfläche, was für potenzielle Anwendungen wichtig ist, und ermöglichte die Aufklärung des Anpassungsmechanismus zwischen den höchst unterschiedlichen Kristallgittern von Galliumarsenid und Manganarsenid.

Als besonders interessant und bedeutungsvoll stellte sich das ungewöhnliche Verhalten von Manganarsenid-Schichten beim Abkühlen nach dem Wachstum heraus. Die Abscheidung der hauchdünnen Schichten auf dem Halbleitersubstrat mittels Molekularstrahlepitaxie durch gleichzeitiges Aufdampfen von Mangan und Arsen geschieht bei etwa 250 Grad Celsius. Dabei entsteht eine hexagonale Struktur. Kühlt man die Probe ab, gibt es bei 125 Grad einen ersten Phasenübergang, es entsteht eine orthorhombische Struktur. Von entscheidender Bedeutung ist jedoch der zweite Phasenübergang, der bei etwa 40 Grad zur Ausbildung einer wiederum hexagonalen Struktur führt. Bei diesem Phasenübergang wird die Schicht ferromagnetisch. Die Streifen sind die Folge einer diskontinuierlichen Ausdehnung des kristallinen Materials in einer bevorzugten Richtung während des Phasenübergangs. Die Koexistenz der orthorhombischen und der hexagonalen Phase über einen ausgedehnten Temperaturbereich führt zu einem energetisch günstigen Zustand. Wieso ausgerechnet eine Art Nano-Waschbrett aus Manganarsenid entsteht, mit Rippen aus ferromagnetische und Rillen aus paramagnetischem Material, konnte durch eine Vielzahl von Untersuchungen verstanden werden, ohne dass dies bis ins Letzte aufgeklärt ist. Aber es ist spannend genug, um das Interesse der Forscher wach zu halten. "Mit der Technik der Lithografie versucht man, Muster zu erzeugen", erläutert Däweritz, " und hier macht es die Natur selbst". Mit überraschend perfekten Übergängen, fügt er hinzu.

Auch weitergehende Zielstellungen werden in Angriff genommen. PDI-Forscher untersuchen weitere Verbindungen und Legierungen, die auch bei Temperaturen oberhalb 40 Grad Celsius ferromagnetisch bleiben. Und schließlich werden die Streifen, die sich selbst organisieren, auch unter anderen Gesichtspunkten betrachtet. "Wir könnten uns Anwendungen vorstellen" sagt Däweritz, "bei denen die Streifen stören, weil man eine homogene Schicht haben will". Also untersuchen die Forscher am PDI auch, unter welchen Bedingungen nicht mehr die Streifenstruktur, sondern vielmehr die homogene Schicht stabil ist.

Weitere Informationen: Dr. Lutz Däweritz, Tel.: 030-20377-359, Mail: daweritz@pdi-berlin.de

Josef Zens | idw
Weitere Informationen:
http://www.fv-berlin.de/zeitung/verbund58.pdf
http://www.pdi-berlin.de

Weitere Berichte zu: Manganarsenid

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Stromindikatorklemmen mit Push-in-Anschluss
24.07.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

nachricht Leiterplatten-Steckverbinder werkzeuglos montieren
24.07.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Im Focus: Breitbandlichtquellen mit flüssigem Kern

Jenaer Forschern ist es gelungen breitbandiges Laserlicht im mittleren Infrarotbereich mit Hilfe von flüssigkeitsgefüllten optischen Fasern zu erzeugen. Mit den Fasern lieferten sie zudem experimentelle Beweise für eine neue Dynamik von Solitonen – zeitlich und spektral stabile Lichtwellen – die aufgrund der besonderen Eigenschaften des Flüssigkerns entsteht. Die Ergebnisse der Arbeiten publizierte das Jenaer Wissenschaftler-Team vom Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), dem Fraunhofer-Insitut für Angewandte Optik und Feinmechanik, der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Helmholtz-Insituts im renommierten Fachblatt Nature Communications.

Aus einem ultraschnellen intensiven Laserpuls, den sie in die Faser einkoppeln, erzeugen die Wissenschaftler ein, für das menschliche Auge nicht sichtbares,...

Im Focus: Flexible proximity sensor creates smart surfaces

Fraunhofer IPA has developed a proximity sensor made from silicone and carbon nanotubes (CNT) which detects objects and determines their position. The materials and printing process used mean that the sensor is extremely flexible, economical and can be used for large surfaces. Industry and research partners can use and further develop this innovation straight away.

At first glance, the proximity sensor appears to be nothing special: a thin, elastic layer of silicone onto which black square surfaces are printed, but these...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Robuste Computer für's Auto

26.07.2017 | Seminare Workshops

Läuft wie am Schnürchen!

26.07.2017 | Seminare Workshops

Leicht ist manchmal ganz schön schwer!

26.07.2017 | Seminare Workshops