Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Magnetische Superatome nachgewiesen - Basis für neuartige Materialien geschaffen

13.09.2013
Darmstädter Physikochemiker haben an einem aus mehreren Atomen zusammengesetzten Objekt, einem so genannten Cluster, erstmals ein magnetisches Verhalten beobachtet, wie es sonst nur einzelne Atome zeigen.

Dieses Ergebnis bestärkt die Aussicht, dass Superatome, also besonders stabile Cluster, in der Nanotechnologie zur Herstellung von neuartigen Materialien, etwa für magnetische Datenspeicher oder noch leistungsstärkere Computerchip-Technologien, verwendet werden können.


Die Superatome werden in der Clusterquelle erzeugt und der Strahl durch einen Magneten aufgespalten. Diese Aufspaltung des Strahls wird mittels eines Massenspektrometers nachgewiesen. Copyright: TU Darmstadt

Die Forscher Urban Rohrmann und Rolf Schäfer vom Eduard-Zintl-Institut der Technischen Universität Darmstadt nutzten dafür ein physikalisches Experiment, das die Physiker Otto Stern und Walther Gerlach vor gut 90 Jahren in Frankfurt durchgeführt haben. Der Stern-Gerlach-Versuch demonstriert besonders anschaulich das ungewöhnliche Verhalten von Teilchen, die den Gesetzen der Quantenphysik unterliegen.

Nach diesen Gesetzen können Eigenschaften der Kleinstpartikel nicht jeden Wert annehmen, sondern nur bestimmte, so als könnte ein Auto nur mit exakt 50 oder 100 km/h fahren, aber nicht mit Geschwindigkeiten dazwischen.

Beim ursprünglichen Stern-Gerlach-Versuch wurde ein Strahl aus Silberatomen durch ein ungleichmäßiges Magnetfeld geführt, in dem die Atome unterschiedlich abgelenkt werden, je nachdem in welche Richtung ihr eigenes Magnetfeld zeigt. Aufgrund der Regeln der Quantenphysik kann das Magnetfeld der Silberatome nur in zwei Richtungen zeigen, weshalb der Stern-Gerlach-Versuch einen Strahl aus Silberatomen in zwei Richtungen aufspaltet.

Ein Cluster wie ein Einzelatom

Eine derartige Aufspaltung sahen die Darmstädter Chemiker für einen Strahl aus den von ihnen untersuchten Superatomen. Diese bestanden je aus einem Mangan-Atom, das im Zentrum eines Käfigs aus zwölf Zinn-Atomen eingebettet ist. Dieser Cluster ist sehr symmetrisch: er besitzt die Form eines Ikosaeders – ein Objekt aus 20 gleichseitigen Dreiecken. „Zwei Elektronen wandern vom Mangan zu den Zinnatomen. Die hohe Symmetrie bewirkt, dass die übrigen Elektronen des verbleibenden Manganions vom Zinnkäfig kaum etwas merken“, erklärt Rohrmann.

Diese Konfiguration macht den gesamten Cluster in mancher Hinsicht einem einzelnen Mangan-Atom ähnlich. Auch der Magnetismus ähnelt deshalb dem eines einzelnen Atoms. Dadurch zeigt sich eindrucksvoll der Einfluss der besonderen Symmetrie des Clusters auf das magnetische Verhalten.

Dank solchen Wissens könnten in der Nanotechnologie Materialien mit neuartigen, maßgeschneiderten Eigenschaften hergestellt werden – Materialien nach Design also.

Eine Herausforderung bei dem Experiment bestand darin, den Strahl der Superatome bei sehr niedrigen Temperaturen von 16 Kelvin (-257°C) zu erzeugen. Denn bei diesen Temperaturen vibriert der Cluster nur wenig. Ansonsten verliert er seine Symmetrie und damit sein atomähnliches Verhalten.

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Rolf Schäfer, Tel. 06151/16-2498,
E-Mail: schaefer@cluster.pc.chemie.tu-darmstadt.de
Urban Rohrmann, Tel. 06151/16-2977,
E-Mail: rohrmann@cluster.pc.chemie.tu-darmstadt.de
Weitere Informationen:
Die Forschungsergebnisse werden in "Physical Review Letters" veröffentlicht:
http://bit.ly/17sWzFq

Jörg Feuck | Technische Universität Darmstadt
Weitere Informationen:
http://www.tu-darmstadt.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Forscherin entwickelt elektronische Textilstruktur für Medizinprodukte
17.02.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Untergrund beeinflusst Halbleiter-Monolagen
16.02.2017 | Philipps-Universität Marburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt

22.02.2017 | Medizin Gesundheit

Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie

22.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Meeresforschung in Echtzeit verfolgen

22.02.2017 | Geowissenschaften