Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

RUB-Physiker erforschen Magnetismus im Nanokosmos

13.08.2003


Die magnetischen Gesetze des Nanokosmos haben Physiker der Ruhr-Universität um Prof. Dr. Hartmut Zabel gemeinsam mit Kollegen an der Universität Uppsala, Schweden, mit einer neuen Methode experimentell untersucht: Sie stellten einen Kristall aus wechselweise atomar dünnen Eisen- und Vanadiumschichten her. Durch den nachträglichen Einbau von Wasserstoffatomen in die nicht-magnetischen Vanadiumlagen konnten sie die Wechselwirkungen zwischen den Eisenschichten gezielt und reversibel variieren. Sie bestimmten die Temperatur, bei der jeweils die magnetische Ordnung einsetzt. Damit konnten sie eine seit dreißig Jahren bestehende Theorie erstmals experimentell bestätigen. Über ihre Ergebnisse berichtet die renommierteste Fachzeitschrift für Physik "Physical Review Letters".


Die Anzahl der Wasserstoffatome im Vanadium beeinflusst die Wechselwirkung zwischen den Eisenschichten (hier J). An einem gewissen Punkt kehrt sich die magnetische Anziehung in eine Abstoßung um.



Anders als im Kühlschrankmagneten



Dass im Nanokosmos andere Gesetze herrschen als im Kühlschrankmagneten, ist in der Theorie schon lange klar. Bochumer Physiker konnten zusammen mit ihren schwedischen Kollegen den Zusammenhang zwischen magnetischer Ordnung und Stärke der Wechselwirkung nun erstmals im Experiment aufklären. Es gelang ihnen mit modernsten Wachstumsmethoden, einen Kristall aus abwechselnd angeordneten einkristallinen Eisen- und Vanadiumlagen zu züchten. Die magnetischen Eigenschaften des künstlichen Schichtsystems lassen sich mit Hilfe von Neutronen beobachten: Neutronen verhalten sich wie kleine Kompassnadeln, die als Sonde den Magnetismus im Kristall abtasten. Die Neutronenexperimente führte Dipl. Phys. Vincent Leiner, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Ruhr-Universität, an der leistungsstärksten Neutronenquelle der Welt in Grenoble (Frankreich) durch. Dazu bediente er sich des Neutronen-Reflektometers ADAM, das die Bochumer Gruppe dort aufgebaut hat und seit über fünf Jahren betreibt.

Aus Anziehung wird Abstoßung

Die einzelnen Eisenatomlagen beeinflussen sich gegenseitig durch die Vanadiumschichten hindurch. Kühlt man die Schichten ab, dann richten sich alle magnetischen Momente in den Atomlagen gleich aus (Ordnungstemperatur). Bei hoher Temperatur herrscht Unordnung. Um diese Wechselwirkung auf sehr feiner Skala steuern zu können, bauten die Forscher nachträglich Wasserstoffatome in die Vanadiumschichten ein und veränderten dadurch die elektronischen Eigenschaften des Materials. "Unter Druck diffundieren die Wasserstoffatome in die Schicht, im Vakuum entweichen sie wieder", erklärt Prof. Zabel das reversible Prinzip. Je mehr Wasserstoffatome sich in der Vanadiumschicht befinden, desto schwächer wird die magnetische Wechselwirkung zwischen den Eisenschichten und desto niedriger ist die Ordnungstemperatur. An einem gewissen Punkt gibt es überhaupt keine Wechselwirkung mehr. Fügt man noch mehr Wasserstoffatome ein, kehrt sich die magnetische Wechselwirkung um. Genau am Punkt der Umkehrung beginnt auch die Ordnungstemperatur wieder zu steigen.

Grundlagenwissen für sehr kleine Bauteile

In diesem Experiment ist es erstmals gelungen, die magnetischen Wechselwirkungen unter verschiedenen Bedingungen an ein- und demselben Kristall zu beobachten, was die Ergebnisse vergleichbar macht. Die Experimente belegen Annahmen über den Magnetismus im Nanokosmos, die schon 1970 vom Theoretiker Robert B. Griffiths vorher gesagt wurden. Zukünftig wollen die Bochumer Physiker noch kleinere Schichtstrukturen untersuchen, indem sie aus Eisenschichten kleinste Inseln herausätzen. Darin kommen dann nicht nur Kräfte zwischen den Atomebenen, sondern auch Kräfte innerhalb der einzelnen Atomlage ins Spiel. "Das Wissen um die Gesetze des Nanokosmos ist Voraussetzung für den Bau sehr kleiner Speicherelemente", erläutert Prof. Zabel. Interesse an den Ergebnissen wird sicherlich die Computerindustrie haben, die bei der Herstellung von Speichermedien die Schwelle zum Nanokosmos überschreitet.

Titelaufnahme

V. Leiner, K. Westerholt, A. M. Blixt, H. Zabel and B. Hjörvarsson: Magnetic Superlattices with Variable Interlayer Exchange Coupling: A New Approach for the Investigation of Low-Dimensional Magnetism. In: Physical Review Letters, Vol. 91, Artikel 037202, 18. Juli 2003

Weitere Informationen

Prof. Dr. Hartmut Zabel, Lehrstuhl für Experimentalphysik/Festkörperphysik der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, NB 4/125, Tel. 0234/32-23649, Fax: 0234/32-14173, E-Mail: hartmut.zabel@rub.de

Dr. Josef König | idw

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Neue Harmonien in der Optoelektronik
21.07.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

nachricht Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen
20.07.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten