Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Winzige Defekte stören die Informationsübertragung zwischen organischen Magneten und Metalloxiden

21.09.2016

Tübinger Forscher untersuchen eine komplexe Schnittstelle, die für neue Anwendungen in der Elektronik benötigt wird

Magnete aus organischen Materialien haben gegenüber klassischen Magneten, die aus Metallen oder Legierungen der sogenannten Seltenerdmetalle bestehen, einige Vorteile: Sie sind chemisch flexibel, preisgünstig herzustellen und lassen sich gut für verschiedene Zwecke an unterschiedliche Designs anpassen.


Ein organisches Radikal näher sich dem Rutilkristallgitter (rot) – hier mit einer idealen Oberfläche ohne Defekte

Abbildung: Benedetta Casu und Arrigo Calzolari

In der Praxis wollen Wissenschaftler beide Arten von Magneten für Anwendungen in der Elektronik benutzen – in sogenannten Spintronik-Elementen, bei denen die Informationen nicht über Ladungen, sondern über den Spin der Moleküle transportiert werden. Der Spin ist ein Eigendrehimpuls, der Teilchen als charakteristische Eigenschaft innewohnt.

Reza Kakavandi, Professor Thomas Chassé und Dr. Benedetta Casu vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Tübingen haben eine solche magnetische Schnittstelle zwischen Rutilkristallen, das heißt Oxiden des Metalls Titan, und einem rein organischen Magneten untersucht.

Sie entdeckten, dass der Übergang an der Grenzfläche äußerst empfindlich auf minimale Defekte in der Oberfläche der Materialien reagiert. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Nano Research veröffentlicht.

Rein organische Radikale bestehen aus leichten Elementen wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff und tragen mindestens ein ungepaartes Elektron, das ein dauerhaftes magnetisches Moment erzeugt. „Sie sind für eine ganze Reihe von Anwendungen interessant“, sagt Benedetta Casu, „sie werden inzwischen für Speicherelemente, Batterien, Sensoren und für Anwendungen in der Biomedizin genutzt.

Grundsätzlich ließen sie sich auch für die Konstruktion eines Quantencomputers einsetzen.“ In ihrer Studie untersuchten die Tübinger Wissenschaftler die Schnittstelle zwischen einem Einzelkristall des Minerals Rutil und einem organischen Radikal mithilfe eines hoch aufgelösten Röntgenspektroskopie-Verfahrens und theoretischen Berechnungen, die von Dr. Arrigo Calzolari vom Institut für Nanowissenschaften in Modena (CNR-NANO) durchgeführt wurden. Die Wissenschaftler bezeichnen die Verbindung aus klassischem und organischem Magneten auch als Spinterface – zusammengesetzt aus „Spin“ und „Interface“, dem englischen Begriff für Schnittstelle.

„Im Experiment wurden die organischen Radikale physikalisch festgehalten, das magnetische Moment wurde zwischen den unterschiedlichen Materialien erhalten“, sagt Benedetta Casu. Das habe gut funktioniert. Allerdings habe sich die Situation völlig verkehrt, wenn der Rutil an der Übertragungsstelle einen winzigen Defekt gehabt habe, eine nicht hundertprozentig regelmäßige Anordnung der Oberfläche. „In diesem Fall wurde das organische Radikal von der reaktionsfreudigen Defektstelle chemisch gebunden, sodass sein magnetisches Moment ausgelöscht wurde“, erläutert die Wissenschaftlerin.

Der Ansatz mit der Kombination aus Röntgenspektroskopie und theoretischen Berechnungen habe sich als besonders geeignet erwiesen, um die Mechanismen an der komplexen Schnittstelle zu verstehen. Man müsse sowohl die Ladungsverhältnisse als auch das Spinverhalten beschreiben. Zum ersten Mal sei klar geworden, welche wichtigen Einflüsse von den Oberflächendefekten an einem solchen Spinterface ausgehen. „Das ist ein wichtiges Ergebnis von allgemeiner Gültigkeit von der Chemie bis zur Physik sowie für die Materialwissenschaften“, sagt die Wissenschaftlerin.

Originalpublikation:
Reza Kakavandi, Arrigo Calzolari, Yulia B. Borozdina, Prince Ravat, Thomas Chassé, Martin Baumgarten, and M. Benedetta Casu: Unraveling the mark of surface defects on a spinterface: The nitronyl nitroxide/TiO2(110) interface. Nano Research, DOI 10.1007/s12274-016-1228-1

Kontakt:
PD Dr. Benedetta Casu
Universität Tübingen
Institut für Physikalische und Theoretische Chemie
Telefon +49 7071 29-76252
benedetta.casu[at]uni-tuebingen.de

Dr. Karl Guido Rijkhoek | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Studie InLight: Einblicke in chemische Prozesse mit Licht
22.11.2016 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht Eigenschaften von Magnetmaterialien gezielt ändern
16.11.2016 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie