Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kleine Kräfte, große Wirkung

18.04.2017

Forscher aus Stuttgart und Graz kontrollieren magnetische Eigenschaften von einzelnen Atomen

Dr. Peter Jacobson, Physiker der Universität Graz, hat mit Kollegen am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart einen Weg gefunden, die magnetischen Eigenschaften von einzelnen Atomen gezielt zu beeinflussen. Wird ein Wasserstoffatom auf ein Atom eines Metalls, etwa Kobalt, übertragen, haben die dabei auftretenden Bindungskräfte Auswirkungen auf den Spin des Kobaltatoms.


Große Erkenntnisse dank der Einblicke in kleinste Strukturen. Die Rastertunnelmikroskopie und die Rasterkraftmikroskopie macht’s möglich. Foto: Uni Graz/Jacobsen

Indem die Physiker diese Kräfte manipulierten, konnten sie zwischen zwei verschiedenen Spin-Zuständen gewissermaßen hin- und herschalten und damit die magnetischen Eigenschaften des Kobaltatoms bewusst steuern. Ihre Forschungsergebnisse publizierten sie im Wissenschaftsmagazin „Science Advances“.

Magnetismus spielt bei vielen technologischen Anwendungen eine Rolle, etwa in Computer-Festplatten oder anderen Medien zur Datenspeicherung. Die Verkleinerung solcher Komponenten wäre maximal bis auf die Ebene einzelner Atome möglich.

„Will man Magnetismus in diesem Maßstab kontrollieren, ist es wichtig zu verstehen, wie der Spin eines Atoms mit seiner Umgebung interagiert, um dieses Wissen zur gezielten Beeinflussung der magnetischen Eigenschaften nutzen zu können“, erklärt Peter Jacobson, Erstautor der aktuellen Publikation.

Der Spin ist eine quantenmechanische Eigenschaft von Teilchen, vergleichbar mit dem mechanischen Drehimpuls, und verantwortlich für magnetische Phänomene.

Jacobson und seine Kollegen interessieren sich im Speziellen dafür, wie sich magnetische Zustände ein- und ausschalten lassen und wie sich der Übergang von einem Zustand in einen anderen im Detail vollzieht. „Für unsere eben veröffentlichte Arbeit konzentrierten wir uns auf den Spin eines Kobaltatoms“, berichtet der US-Amerikaner, der von 2012 bis 2016 am Max-Planck-Institut in Stuttgart forschte und seit einem Jahr zur Arbeitsgruppe um Univ.-Prof. Dr. Leonhard Grill an der Uni Graz gehört.

Bei ihren Untersuchungen bedienten sich die Wissenschafter der Rastertunnelmikroskopie (RTM) und der Rasterkraftmikroskopie (AFM Atomic Force Microscopy). Von der Metallspitze des RTM übertrugen sie ein Wasserstoffatom auf ein Kobalt-Monohydrid-Molekül. „Durch Veränderungen der Position der Spitze des RTM im Pikometer (Billionstel Meter)-Bereich ist es uns gelungen, zwischen zwei verschiedenen Spin-Zuständen des Kobaltatoms hin- und herzuschalten – genauer gesagt zwischen magnetischer Anisotropie und dem Kondo-Effekt“, fasst Jacobson zusammen.

Beides sind wesentliche magnetische Phänomene auf der Ebene einzelner Atome. Die Möglichkeit, den Spin zu kontrollieren und damit den Magnetismus zu steuern, könnte also im Hinblick auf zukünftige Entwicklungen durchaus von Nutzen sein.

Von besonderer Bedeutung sind die Forschungsergebnisse auch deshalb, weil – erstmals in der Untersuchung magnetischer Phänomene – die RTM mit der AFM kombiniert wurde und damit „Bilder“ von bisher unerreichter Auflösung im Nanometer-Bereich gewonnen werden konnten.

„Mit der AFM lassen sich die atomaren Kräfte in dem Moment, in dem der Spin vom einen in den anderen Zustand wechselt, exakt messen“, so Jacobson. „Daraus sehen wir genau, wie sich dieser Wechsel vollzieht, wie der Reaktionsweg aussieht, wenn das Wasserstoff- mit dem Kobaltatom eine Bindung eingeht.“ Diese Arbeiten legen den Grundstein für die weitere Erforschung magnetischer Phänomene mit Hilfe der AFM.

Publikation:
Potential energy-driven spin manipulation via a controllable hydrogen ligand
Peter Jacobson, Matthias Muenks, Gennadii Laskin, Oleg Brovko, Valeri Stepanyuk, Markus Ternes, Klaus Kern
Science Advances
DOI: 10.1126/sciadv.1602060

Weitere Informationen:

http://advances.sciencemag.org/content/3/4/e1602060

Mag. Dagmar Eklaude | Karl-Franzens-Universität Graz
Weitere Informationen:
https://on.uni-graz.at/de/detail/article/kleine-kraefte-grosse-wirkung/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Eine Nano-Uhr mit präzisen Zeigern
21.11.2017 | Universität Wien

nachricht ESO-Beobachtungen zeigen, dass der erste interstellare Asteroid mit nichts vergleichbar ist, was wir bisher kennen
21.11.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

Neues Elektro-Forschungsfahrzeug am Institut für Mikroelektronische Systeme

21.11.2017 | Veranstaltungen

Raumfahrtkolloquium: Technologien für die Raumfahrt von morgen

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wasserkühlung für die Erdkruste - Meerwasser dringt deutlich tiefer ein

21.11.2017 | Geowissenschaften

Eine Nano-Uhr mit präzisen Zeigern

21.11.2017 | Physik Astronomie

Zentraler Schalter

21.11.2017 | Biowissenschaften Chemie