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 Wussten Sie, dass Verpackungen durch Flash Systeme intelligent werden?
23.05.2017 | Heraeus Noblelight GmbH

nachricht Bessere Kathodenmaterialien für Lithium-Schwefel-Akkus
17.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

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