Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bildgebung mit Neutronen: Magnetische Domänen erstmals in 3-D sichtbar

23.11.2010
Bisher konnten magnetische Domänen nur zweidimensional abgebildet werden. Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ist es nun gelungen, diese Bereiche im Inneren von magnetischen Stoffen zum ersten Mal dreidimensional darzustellen.

Obwohl sie in fast jedem magnetischen Material zu finden sind, kann man sie nicht sehen: Magnetische Domänen sind mikroskopisch kleine, magnetisierte Bereiche. Jedes magnetische Material, ist in solche Domänen aufgeteilt. Wissenschaftler nennen sie „Weiss´sche Bezirke“, nach dem Physiker Pierre-Ernest Weiss, der ihre Existenz vor über hundert Jahren theoretisch vorhergesagt hatte. 1907 erkannte er, dass die magnetischen Momente der Atome innerhalb eines begrenzten Bezirks gleich ausgerichtet sind.


Die Grenzen der magnetischen Domänen können am Computer dreidimensional dargestellt werden. Grafik: HZB/Manke, Grothausmann

Diese Theorie konnte bislang nur mit zweidimensionalen Bildern und an Materialoberflächen nachverfolgt werden. Dr. Ingo Manke und sein Team am Institut Angewandte Materialforschung des HZB haben gemeinsam mit Kollegen der Bundesanstalt für Materialforschung und dem Paul-Scherrer Institut eine Methode entwickelt, mit der sie die magnetischen Domänen vollständig in ihrer räumlichen Struktur darstellen können – auch im Materialinneren. Dafür wurden am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden spezielle Eisensilizium-Kristalle hergestellt, für deren innere Domänenstruktur die Forscher in der Arbeitsgruppe von Dr. Schäfer bereits Modellvorstellungen entwickelt hatten, deren tatsächliche Existenz nun erstmals nachgewiesen werden konnte. Damit lösen die Forscher ein Jahrzehnte altes Problem in der Bildgebung. Sie publizieren dies in der Zeitschrift Nature Communications (DOI: 10.1038 /ncomms1125).

Die meisten magnetischen Stoffe bestehen aus einem komplexen Netzwerk magnetischer Domänen. Die von den Wissenschaftlern entwickelte Methode nutzt die Bereiche aus, in denen die Bezirke aneinanderstoßen – sogenannte Domänengrenzen. Innerhalb einer Domäne sind alle magnetischen Momente gleich, von Domäne zu Domäne ist die magnetische Ausrichtung aber verschieden. An jeder Domänengrenze wechselt also die Richtung des Magnetfeldes. Diese Änderungen nutzen die Forscher für ihr radiografisches Verfahren, bei dem sie statt Licht Neutronen verwenden.

Magnetische Felder lenken die Neutronen in ihrer Flugrichtung leicht ab, genauso wie Licht in Wasser abgelenkt wird: Einen Gegenstand im Wasser kann man daher nicht direkt erkennen. Das Objekt erscheint verzerrt und an einem anderem Ort. In ähnlicher Weise überqueren die Neutronen auf ihrem Weg durch das magnetische Material Domänengrenzen. An diesen werden sie in verschiedene Richtungen abgelenkt.

Die Ablenkung ist allerdings ein sehr schwacher Effekt. Im Neutronen-Radiogramm ist er gewöhnlich nicht sichtbar, weil er von nicht abgelenkten Strahlen überlagert wird. Die Forscher setzten daher mehrere Beugungsgitter ein, um die abgelenkten Strahlen zu separieren. Während der Messung drehen sie die Probe und durchleuchten sie aus allen Richtungen. Aus den separierten Strahlen können sie alle Domänenformen berechnen und das Domänen-Netzwerk vollständig abbilden.

Magnetische Domänen sind wichtig, um Materialeigenschaften und physikalische Naturgesetze zu verstehen. Auch im Alltag spielen sie eine wichtige Rolle: vor allem in Speichermedien wie Festplatten und Ladegeräten, beispielsweise für Laptops oder Elektrofahrzeuge. Wählt man die Eigenschaften der Domänen so, dass möglichst wenig Strom an den Domänengrenzen verloren geht, werden die Speichermedien leistungsfähiger.

Dr. Ina Helms | Helmholtz-Zentrum
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz-berlin.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie
06.12.2016 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

nachricht Neue Perspektiven durch gespiegelte Systeme
05.12.2016 | 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: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

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....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

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

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Innovationen für eine nachhaltige Forstwirtschaft

06.12.2016 | Agrar- Forstwissenschaften

Diabetesforschung: Neuer Mechanismus zur Regulation des Insulin-Stoffwechsels gefunden

06.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Was nach der Befruchtung im Zellkern passiert

06.12.2016 | Biowissenschaften Chemie