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Nano-Wellblech mit großer magnetischer Wirkung

26.06.2007
Wissenschaftler des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf konnten zeigen, dass sich magnetische Eigenschaften von Materialien gezielt durch Nano-Strukturen auf der Oberfläche beeinflussen lassen. Dieser erstmalig beobachtete Effekt erlaubt ein tieferes Verständnis von magnetischen Materialen und könnte die Entwicklung neuartiger Sensoren ermöglichen. Die Ergebnisse wurden jüngst in der Fachzeitschrift "Physical Review B - Rapid Communications" veröffentlicht.

Weltweit versuchen Wissenschaftler, die magnetischen Eigenschaften von Materialen so zu verändern, dass man sie für gezielte Anwendungen optimal anpassen kann. So werden zum Beispiel in der Automobilindustrie Materialen für Winkel-Sensoren benötigt, die eine hohe Stabilität der Magnetisierung aufweisen. Mit diesen Sensoren misst man Winkelpositionen und sie werden zur Ventil- und Lenkradsteuerung eingesetzt. Hier könnten die neuen Erkenntnisse dazu beitragen, dass leistungsfähigere und präzisere Sensoren entwickelt werden.


Nano-Wellblech im 3D-Schema: die veränderten Materialeigenschaften verdanken sich den Atomen an den Kanten (grün) und Ecken (blau) FZD

Jedes Material besitzt ihm eigene Eigenschaften. Die Eigenschaft, Strom zu leiten, ist beispielsweise typisch für Kupfer, nicht jedoch für Holz oder Plastik. Eine Veränderung solcher Materialeigenschaften ist nur innerhalb natürlich vorgegebener Grenzen möglich. Dr. Jürgen Faßbender und Dr. Stefan Facsko haben nun entdeckt, dass spezielle Nano-Strukturen auf der Oberfläche einen entscheidenden Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften des gesamten Materials haben. Sie konnten somit erstmalig den Magnetismus auf atomarer Ebene, und damit jenseits natürlicher Grenzen, gezielt verändern.

Dr. Stefan Facsko beschäftigt sich mit Verfahren, um gezielt neuartige Oberflächenstrukturen auf Materialen herzustellen. Mit Hilfe eines Ionenstrahls - das sind schnelle geladene Atome - erzeugt er eine wellenartige Struktur auf einer Siliziumoberfläche. In einem zweiten Schritt wird auf diese behandelte Oberfläche eine ultradünne Schicht eines magnetischen Materials aufgetragen. Diese Schicht übernimmt dabei die wellenartige Struktur der Siliziumoberfläche. So entsteht eine Art Nano-Wellblech, dessen Täler und Berge winzig klein sind. Gerade einmal 2 Nanometer (1 Nanometer entspricht dem Milliardsten Teil eines Meters) hoch sind die erzeugten Strukturen.

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Der Physiker Dr. Jürgen Fassbender untersuchte diese Oberflächenschichten auf ihre magnetischen Eigenschaften. In dem vor kurzem veröffentlichten Artikel in der Fachzeitschrift "Physical Review B - Rapid Communications" beschreibt er die außergewöhnlich starke Richtungsabhängigkeit der magnetischen Eigenschaften im neuen Material. Die gemessenen Daten zeigen, dass es eine Vorzugsrichtung parallel zu den Tälern und Hügeln des Nano-Wellblechs gibt. Das bedeutet, dass eine Richtungsumkehrung der Magnetisierung nur schwer möglich ist. Solch eine höhere Stabilität der Magnetisierung ist beispielsweise für Winkelsensoren eine sehr wünschenswerte Eigenschaft.

Die Ergebnisse der Rossendorfer Forscher zeigen somit erstmalig, dass Veränderungen von Materialoberflächen auf atomarer Skala einen grundlegenden Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften des gesamten Materials haben.

Veröffentlichung:
M. O. Liedke, B. Liedke, A. Keller, B. Hillebrands, A. Mücklich, S. Facsko, J. Faßbender "Induced anisotropies in exchange coupled systems on rippled substrates", in: Physical Review B - Rapid Communications, 2007 (Online-Veröffentlichung erfolgt).
Weitere Informationen:
Dr. Jürgen Fassbender / Dr. Stefan Facsko
Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung
Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD)
Tel.: 0351 260 - 3096 oder - 2987
j.fassbender@fzd.de / s.facsko@fzd.de
Pressekontakt:
Dr. Christine Bohnet
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD)
Bautzner Landstr. 128, 01328 Dresden
Tel.: 0351 260 - 2450 oder 0160 969 288 56
Fax: 0351 260 - 2700
c.bohnet@fzd.de
Information:
Das FZD erbringt wesentliche Beiträge der Grundlagenforschung sowie der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung zu folgenden Fragestellungen:
o Wie verhält sich Materie unter dem Einfluss hoher Felder und in winzigen Dimensionen?
o Wie können Tumorerkrankungen frühzeitig erkannt und wirksam behandelt werden?
o Wie schützt man Mensch und Umwelt vor technischen Risiken?
Dazu werden 6 Großgeräte eingesetzt, die europaweit unikale Untersuchungsmöglichkeiten auch für auswärtige Nutzer bieten.

Das FZD ist mit ca. 700 Mitarbeitern das größte Institut der Leibniz-Gemeinschaft (http://www.wgl.de) und verfügt über ein jährliches Budget von rund 54 Mill. Euro. Hinzu kommen etwa 8 Mill. Euro aus nationalen und europäischen Förderprojekten sowie aus Verträgen mit der Industrie. Zur Leibniz-Gemeinschaft gehören 84 außeruniversitäre Forschungsinstitute und Serviceeinrichtungen für die Forschung. Leibniz-Institute arbeiten interdisziplinär und verbinden Grundlagenforschung mit Anwendungsnähe. Jedes Leibniz-Institut hat eine Aufgabe von gesamtstaatlicher Bedeutung, weshalb sie von Bund und Länder gemeinsam gefördert werden. Die Leibniz-Institute verfügen über ein Gesamtbudget von gut 1 Milliarde Euro und beschäftigen rund 13.000 Mitarbeiter.

Dr. Christine Bohnet | idw
Weitere Informationen:
http://www.fzd.de
http://www.wgl.de

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