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 Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit
26.06.2017 | Universität Bremen

nachricht NAWI Graz-Forschende vermessen Lichtfelder erstmals in 3D
26.06.2017 | Technische Universität Graz

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: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationale Konferenz zu aktuellen Fragen der Stammzellforschung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Fraunhofer FKIE ist Gastgeber für internationale Experten Digitaler Mensch-Modelle

27.06.2017 | Veranstaltungen

Future Security Conference 2017 in Nürnberg - Call for Papers bis 31. Juli

26.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Was Stammzellen zu perfekten Alleskönnern macht

27.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Selbstfaltendes Origami

27.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

27.06.2017 | Materialwissenschaften