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 Ein neues Experiment zum Verständnis der Dunklen Materie
14.06.2018 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

nachricht Quanten-Übertragung auf Knopfdruck
14.06.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

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: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Asteroidenforschung in Garching

13.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

Lasertests unter Tiefsee-Bedingungen am LZH

19.06.2018 | Materialwissenschaften

Neuer Abwehrmechanismus gegen Sauerstoffradikale entdeckt

18.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics