Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Materialwissenschaften und Quantenphysik: Magnetismus in zwei Dimensionen

30.07.2012
Wie macht sich Quantenphysik im täglichen Leben bemerkbar? Dadurch, dass Materialeigenschaften eng mit den quantenphysikalischen Wechselwirkungen zwischen Atomkernen und Elektronen verknüpft sind, was auch als "chemische" Bindung bezeichnet wird.
Raimund Podloucky vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Wien fand zusammen mit Kollegen der TU Wien und der University of Wisconsin-Milwaukee (USA) nun eine starke Abhängigkeit zwischen atomarer Struktur und magnetischer Ordnung in einer zweidimensionalen Kobaltoxid-Oberflächenschicht. Sie publizieren dazu im renommierten Fachjournal "Physical Review Letters".

Was steckt hinter der "chemischen" Bindung? "Zur Wellennatur der Elektronen kommt der sogenannte Spin als magnetische Quanteneigenschaft hinzu", erklärt Raimund Podloucky vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Wien. Zusammen mit seinen Kollegen von der Technischen Universität Wien (Florian Mittendorfer und Josef Redinger) und der University of Wisconsin-Milwaukee, USA (Michael Weinert) zeigt er, wie sich Quantenphysik in messbaren Materialeigenschaften bemerkbar macht. Vereinfachend kann man einem Atom eine lokale Größe – das magnetische Moment – zuordnen, wenn sich Elektronen mit überwiegend einer Spin-Orientierung in der Nähe des Atomkerns aufhalten. Diese magnetischen Momente können sich im Material verknüpfen und zu komplexen magnetischen Anordnungen führen. Die vorliegenden Ergebnisse konnten im Rahmen der vom FWF geförderten Spezialforschungsbereiche ViCoM und FOXSI erzielt werden.

Magnetische Ordnung von Struktur abhängig

"Wir haben eine einzelne Kobaltoxidschicht von atomarer Dicke auf einer Iridium-Oberfläche untersucht", erklärt Raimund Podloucky. "Unsere Berechnungen haben gezeigt, dass die zweidimensionale magnetische Ordnung der Kobaltatome sehr von der räumlichen Anordnung der Atome in der Oxidschicht abhängig ist. Um diese magnetische Ordnung zu entschlüsseln, braucht man die Theorie, da das Experiment eine solche komplexe Ordnung nicht direkt auflösen kann".

Experiment und Theorie stimmen überein

"Die räumliche Struktur der Oberfläche kann aber gemessen werden", so Raimund Podloucky. Das wurde bereits in einer früheren experimentellen Arbeit von Kollegen nachgewiesen, wobei diese gezwungen waren, 59 strukturelle Parameter zu bestimmen. Diese sehr große Anzahl von Parametern weist auf die Komplexität der Struktur hin. "Die Resultate unserer Berechnung auf Grundlage der Dichtefunktionaltheorie (DFT) stimmen mit allen experimentell ermittelten Werten überein", freut sich der Physiko-Chemiker. "Wir Theoretiker haben außerdem eine zweite, ähnliche Struktur vorhergesagt, die im Experiment dann auch tatsächlich nach unseren Berechnungen entdeckt wurde." Diese Ergebnisse werden demnächst in einer weiteren Publikation erscheinen.

Leistungsfähige Soft- und Hardware

Für solche Rechnungen sind leistungsfähige Computerprogramme nötig: "Uns steht ein solcher in Form des weltweit bekannten VASP-Pakets (Vienna Ab-initio Simulation Package) zur Verfügung", so Raimund Podloucky. VASP ist eine Entwicklung der Gruppe von Georg Kresse, Professor für Materialphysik an der Universität Wien. "Neben der Kooperation mit Georg Kresse ist vor allem die Ausstattung mit Hardware-Ressourcen, die uns vom Vienna Scientific Cluster (VSC) bereitgestellt werden, für unsere Arbeit wichtig."

Anwendungen in der Materialwissenschaft
Die Forschung im Rahmen der grundlagenorientierten Materialwissenschaften ist nicht nur von rein wissenschaftlichem Interesse. Anwendungsbereiche für Kobaltoxidschichten finden sich in der Katalyse, der Sensortechnik, der Batterietechnologie sowie in der Nanomagnetik. "Die von uns gefundene, sehr starke Verknüpfung von Struktur und magnetischer Ordnung könnte in diesen Bereichen von großem Nutzen sein", betont der Physiko-Chemiker.

Publikation in "Physical Review Letters":
Strain and structure driven complex magnetic ordering of a CoO overlayer on Ir (100): F. Mittendorfer, M. Weinert, R. Podloucky, and J. Redinger (Phys. Rev. Lett. 2012). DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.015501.

FWF-Spezialforschungsbereich ViCoM: http://www.sfb-vicom.at
FWF-Spezialforschungsbereich FOXSI: http://foxsi.tuwien.ac.at

Wissenschaftlicher Kontakt
Ao. Univ.-Prof. tit. Univ.-Prof. Dr. Raimund Podloucky
Institut für Physikalische Chemie
Universität Wien
1090 Wien, Sensengasse 8
T +43-1-4277-525 70
raimund.podloucky@univie.ac.at
Rückfragehinweis
Mag. Veronika Schallhart
Pressebüro der Universität Wien
Forschung und Lehre
Universität Wien
T +43-1-4277-175 30
M +43-664-602 77-175 30
veronika.schallhart@univie.ac.at

Veronika Schallhart | Universität Wien
Weitere Informationen:
http://prl.aps.org/pdf/PRL/v109/i1/e015501
http://www.tuwien.ac.at
http://www.sfb-vicom.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Highlight der Halbleiter-Forschung
20.02.2018 | Technische Universität Chemnitz

nachricht Beobachtung und Kontrolle ultraschneller Prozesse mit Attosekunden-Auflösung
20.02.2018 | Technische Universität München

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: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

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

Kameratechnologie in Fahrzeugen: Bilddaten latenzarm komprimiert

21.02.2018 | Messenachrichten

Mit grüner Chemie gegen Malaria

21.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Periimplantitis: BMBF fördert zahnärztliches Verbund-Projekt mit 1,1 Millionen Euro

21.02.2018 | Förderungen Preise

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