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 Geräteschutzschalter erfüllt NEC Class 2
19.05.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

nachricht Elektronikgehäuse für Anzeigeeinheiten
19.05.2017 | 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: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften