Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

So maßschneidert man Nanomagnete

11.11.2011
UDE-Forscher publizieren in „Nature Communications“

Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CeNIDE) an der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben erstmals Regeln formuliert, nach denen sich gezielt Nanomagnete mit definierten Eigenschaften herstellen lassen. Ihre Erkenntnisse erschienen soeben im renommierten Online-Journal „Nature Communications“ (Ausgabe 2, Artikelnummer 528).

Nanomagnete ermöglichen heute die fortschrittliche Datenspeicherung, dienen als Kontrastmittel bei MRT-Untersuchungen und werden für Hyperthermie-Behandlungen bei Krebspatienten eingesetzt. Dies sind nur einige Beispiele der Einsatzmöglichkeiten, doch machen sie bereits deutlich, dass bei so vielfältigen Anwendungen ebenso unterschiedliche Eigenschaften der Nanomagnete gefragt sind.

Die Arbeitsgruppen von Experimentalphysiker Prof. Heiko Wende und dem Theoretischen Physiker Prof. Peter Entel haben sich dem Problem gemeinsam genähert. Zunächst haben sich die CeNIDE-Forscher dabei auf die Datenspeicherung konzentriert. Jeder Nanomagnet soll in Zukunft als ein Bit fungieren – je mehr dieser Partikel auf eine definierte Fläche passen, desto größer der Datenspeicherplatz. Für diesen Einsatz müssen die Nanomagnete eine hohe magnetische Anisotropie aufweisen, d.h. extrem hartmagnetisch sein. Das sie umgebende Material im Herzen einer Festplatte muss daher zwei Anforderungen erfüllen: Es muss die Nanomagnete vor Korrosion schützen, es darf deren magnetische Eigenschaften aber keinesfalls nachteilig verändern.

Die Arbeitsgruppe von Prof. Wende betrachtete die Herausforderung von der experimentellen Seite. Die Forscher umhüllten hartmagnetische Eisen-Platin-Nanomagneten mit verschiedenen metallischen Elementen wie Kupfer, Gold und Aluminium. Mithilfe der Hochbrillanz-Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II des Helmholtz-Zentrums Berlin haben sie anschließend das magnetische Moment der Proben gemessen. Dr. Carolin Antoniak, die federführend so manche Nacht vor den Schalttafeln des Großforschungsgeräts mit 240 Metern Umfang zugebracht hat, freut sich über die erzielten Ergebnisse: „Die investierte Zeit hat sich definitiv gelohnt, denn hier war es uns möglich, getrennt Spin- und Bahnmagnetismus zu messen und sogar Rückschlüsse auf die magnetische Anisotropie zu ziehen.“

Parallel zur experimentellen Forschung hat die Arbeitsgruppe von Prof. Entel den Einfluss verschiedener Umhüllungselemente theoretisch berechnet. Während die Messungen am BESSY II das magnetische Moment aller Atome in einem Nanomagneten im Mittel ergeben, konnte Dr. Markus Gruner die magnetischen Eigenschaften jedes einzelnen Atoms getrennt untersuchen – zum Beispiel in der Mitte und an der Oberfläche des Nanomagneten. Für diese komplizierten Rechnungen nutzte der Theoretische Physiker Europas größten akademischen Forschungsrechner JUGENE am Forschungszentrum Jülich, der eine Rechenleistung von 1 Petaflop pro Sekunde hat. „Wir haben mehr als 1.000 Prozessoren über mehrere Wochen synchron arbeiten lassen. Das ging nur hier.“

Nur die Kombination von Theorie und Experiment hat zu diesen in Forscherkreisen bahnbrechenden Ergebnissen geführt: Die theoretische Berechnung ist zwar extrem genau, beruht jedoch auf Annahmen. Annahmen, die im Experiment bewiesen wurden. So können die UDE-Forscher nun Regeln formulieren, wie Nanomagnete mit spezifischen magnetischen Eigenschaften (hart- oder weichmagnetisch, maximales oder verkleinertes Moment) herzustellen sind. Die gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment zeigt, dass solche Rechnungen es prinzipiell ermöglichen, auch Eigenschaften von bisher nicht hergestellten Arten von Nanomagneten vorauszusagen. So lassen sich die Nanomagnete je nach Art der gewünschten Eigenschaften bereits vor der Realisierung maßschneidern.

„Für die Zukunft haben wir uns vorgenommen, die Nanomagnete mit organischen Materialien zu umhüllen“, erklärt Wende. „Eventuell ist es dann möglich, die Eigenschaften nachträglich durch äußere Einflüsse wie zum Beispiel Licht zu modifizieren.“

Redaktion und Kontakt: Birte Vierjahn, 0203/379-1456, birte.vierjahn@uni-due.de

Ulrike Bohnsack | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-due.de/cenide/
http://dx.doi.org/10.1038/ncomms1538

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenverschränkung auf den Kopf gestellt
22.05.2018 | Universität Innsbruck

nachricht Kosmische Ravioli und Spätzle
22.05.2018 | Universität Bern

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: Kosmische Ravioli und Spätzle

Die inneren Monde des Saturns sehen aus wie riesige Ravioli und Spätzle. Das enthüllten Bilder der Raumsonde Cassini. Nun konnten Forscher der Universität Bern erstmals zeigen, wie diese Monde entstanden sind. Die eigenartigen Formen sind eine natürliche Folge von Zusammenstössen zwischen kleinen Monden ähnlicher Grösse, wie Computersimulationen demonstrieren.

Als Martin Rubin, Astrophysiker an der Universität Bern, die Bilder der Saturnmonde Pan und Atlas im Internet sah, war er verblüfft. Die Nahaufnahmen der...

Im Focus: Self-illuminating pixels for a new display generation

There are videos on the internet that can make one marvel at technology. For example, a smartphone is casually bent around the arm or a thin-film display is rolled in all directions and with almost every diameter. From the user's point of view, this looks fantastic. From a professional point of view, however, the question arises: Is that already possible?

At Display Week 2018, scientists from the Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP will be demonstrating today’s technological possibilities and...

Im Focus: Raumschrott im Fokus

Das Astronomische Institut der Universität Bern (AIUB) hat sein Observatorium in Zimmerwald um zwei zusätzliche Kuppelbauten erweitert sowie eine Kuppel erneuert. Damit stehen nun sechs vollautomatisierte Teleskope zur Himmelsüberwachung zur Verfügung – insbesondere zur Detektion und Katalogisierung von Raumschrott. Unter dem Namen «Swiss Optical Ground Station and Geodynamics Observatory» erhält die Forschungsstation damit eine noch grössere internationale Bedeutung.

Am Nachmittag des 10. Februars 2009 stiess über Sibirien in einer Höhe von rund 800 Kilometern der aktive Telefoniesatellit Iridium 33 mit dem ausgedienten...

Im Focus: Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

Passt eine ultrakalte Wolke aus zehntausenden Rubidium-Atomen in ein einzelnes Riesenatom? Forscherinnen und Forschern am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart ist dies erstmals gelungen. Sie zeigten einen ganz neuen Ansatz, die Wechselwirkung von geladenen Kernen mit neutralen Atomen bei weitaus niedrigeren Temperaturen zu untersuchen, als es bisher möglich war. Dies könnte einen wichtigen Schritt darstellen, um in Zukunft quantenmechanische Effekte in der Atom-Ion Wechselwirkung zu studieren. Das renommierte Fachjournal Physical Review Letters und das populärwissenschaftliche Begleitjournal Physics berichteten darüber.*)

In dem Experiment regten die Forscherinnen und Forscher ein Elektron eines einzelnen Atoms in einem Bose-Einstein-Kondensat mit Laserstrahlen in einen riesigen...

Im Focus: Algorithmen für die Leberchirurgie – weltweit sicherer operieren

Die Leber durchlaufen vier komplex verwobene Gefäßsysteme. Die chirurgische Entfernung von Tumoren ist daher oft eine schwierige Aufgabe. Das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS hat Algorithmen entwickelt, die die Bilddaten von Patienten analysieren und chirurgische Risiken berechnen. Leberkrebsoperationen werden damit besser planbar und sicherer.

Jährlich erkranken weltweit 750.000 Menschen neu an Leberkrebs, viele weitere entwickeln Lebermetastasen aufgrund anderer Krebserkrankungen. Ein chirurgischer...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

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

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Kosmische Ravioli und Spätzle

22.05.2018 | Physik Astronomie

Licht zur Herstellung energiereicher Chemikalien nutzen

22.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

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