Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

LEGO® mit atomaren Magneten

30.04.2012
Wie die renommierte Zeitschrift "Nature Physics" in der Ausgabe vom 29. April 2012 berichtet, haben Physiker der Universität Hamburg neuartige Magnete, die aus nur wenigen Atomen bestehen, aufgebaut und untersucht.
Ähnlich wie bei einem LEGO®-Bausatz, allerdings mit viel kleineren Bausteinen, können die Wissenschaftler einzelne Eisen-Atome zu unterschiedlichsten Strukturen zusammensetzen. Jeder dieser Bausteine ist auch ein kleiner Kompass, der in zwei unterschiedliche Richtungen zeigen kann. Die so konstruierte magnetische Nanostruktur kann von den Wissenschaftlern erforscht werden, um ein besseres Verständnis der physikalischen Grundlagen des Magnetismus zu erhalten.

Das von Dr. Alexander Khajetoorians, Dr. Jens Wiebe und Prof. Roland Wiesendanger verwendete Werkzeug ist ein sogenanntes spin-polarisiertes Rastertunnelmikroskop. Mit diesem Gerät kann eine atomar scharfe Nadel mit sehr hoher Präzision über den Eisen-Atomen, die auf einer Kupfer-Oberfläche liegen, positioniert werden. Wird die Nadel in größerem Abstand über die Eisen-Atome gefahren, so werden die Eisen-Atome gewissermaßen von der Nadel "gespürt"; die Wissenschaftler können dadurch die Atome "sehen". Wird die Nadel dagegen sehr nahe an eines der Eisen-Atome herangeführt, und dann bewegt, folgt dieses Atom der Nadel, und kann durch entsprechende Bewegung der Nadel auf der Kupfer-Oberfläche an einen beliebigen Ort verschoben werden. Auf diese Art und Weise können beliebige Strukturen Atom für Atom aufgebaut werden, genau wie bei einem LEGO®-Bausatz.

Die Abbildung zeigt die auf einer Kupfer-Oberfläche liegenden Eisen-Atome (Kegel), die zu verschiedenen Ketten- und Kagomé-förmigen Magneten zusammengebaut wurden. Als Werkzeug wurde dafür die atomar scharfe Spitze eines Rastertunnelmikroskops verwendet. Gleichzeitig wird mit dem Rastertunnelmikroskop die magnetische Ausrichtung der Eisenatome ausgelesen; gelbe Färbung der Eisen-Atome entspricht einer Ausrichtung nach oben, blaue Färbung einer Ausrichtung nach unten.

© A. A. Khajetoorians, Universität Hamburg

Das Neuartige an dem, in der vorliegenden Arbeit, verwendeten Rastertunnelmikroskop ist eine magnetische Funktionalisierung der Nadel. Damit kann von den Wissenschaftlern nicht nur die Position der Eisen-Atome, sondern auch noch die Ausrichtung ihrer Magnetisierung ermittelt werden. Die Eisen-Atome verhalten sich nämlich wie winzige Kompassnadeln, die entweder nach oben oder nach unten ausgerichtet sind. Wie die Wissenschaftler durch ihre Untersuchungen herausgefunden haben, hängt die Ausrichtung eines jeden der Eisen-Atome im Magneten dabei von der Anzahl seiner Nachbarn und ihrer jeweiligen Entfernung ab. Über dieses Verfahren können neuartige Magnete, wie z. B. in Form von Ketten, oder in Form eines sogenannten Kagomé-Gitters hergestellt werden (siehe Abb.).

In Kollaboration mit Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich wurden die Eigenschaften der untersuchten Magnete mit aufwendigen Rechnungen, die auf dem Supercomputer in Jülich durchgeführt wurden, verglichen. Dabei ergaben sich interessante Abweichungen von dem erwarteten Verhalten. Mit der weiteren Erforschung der Eigenschaften der neuartigen maßgeschneiderten Magneten erhoffen sich die Wissenschaftler daher in Zukunft ein besseres Verständnis der physikalischen Grundlagen des Magnetismus auf atomarer Skala.

Diese neuen Erkenntnisse könnten die Basis für die Entwicklung beispielsweise neuer Permanentmagnete oder magnetischer Sensoren liefern, welche ohne die knappen und teuren Seltenerdmetalle auskommen.

Originale Veröffentlichung:
“Atom-by-atom engineering and magnetometry of tailored nanomagnets”, A. A. Khajetoorians, J. Wiebe, B. Chilian, S. Lounis, S. Blügel and R. Wiesendanger, Nature Physics (2012), DOI:10.1038/NPHYS2299
Weitere Informationen:
Dr. Alexander Ako Khajetoorians
Institut für Angewandte Physik Physik
Universität Hamburg
Jungiusstr. 9a
20355 Hamburg

Tel.: (0 40) 4 28 38 - 33 01
Fax: (0 40) 4 28 38 - 24 09
E-Mail: akhajeto@physnet.uni-hamburg.de

Heiko Fuchs | idw
Weitere Informationen:
http://www.sfb668.de/
http://www.nanoscience.de/lexi
http://www.nanoscience.de/furore

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Proteintransport - Stau in der Zelle
24.03.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Neuartige Halbleiter-Membran-Laser
22.03.2017 | Universität Stuttgart

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise