Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Thermometer für die Nanowelt, bestehend aus 80 Atomen

31.10.2011
Wir kennen es aus alltäglichen Anwendungen wie z.B. dem Tauchsieder: Fließen Elektronen durch einen Draht, so erwärmt sich dieser.

Wie die Zeitschrift Physical Review Letters berichtet, ist es Forschern vom Institut für Angewandte Physik der Universität Hamburg nun gelungen, diese Entstehung von Wärme auf atomarer Skala zu untersuchen.


Prinzip des Aufheizens eines Nanomagneten durch einen Tunnelstrom: Elektronen (blau) tunneln von der Nadelspitze eines Rastertunnelmikroskops (gelb) in den Nanomagneten. Aus der Frequenz des magnetischen Schaltens wird dann die Temperatur bestimmt – hier symbolisiert durch ein Thermometer. Bei niedrigem Strom besitzt der Nanomagnet die Temperatur seiner Umgebung (links). Wird der Strom erhöht, so heizen die Elektronen den Nanomagneten auf (rechts). S. Krause, Universität Hamburg

Hierfür beobachteten die Wissenschaftler um Prof. Roland Wiesendanger das thermische Hin- und Herschalten eines aus lediglich 80 Eisenatomen bestehenden Nanomagneten und verwendeten ihn so als Thermometer. Dabei nutzten sie das Prinzip des Tunnelns: Positioniert man eine magnetische Nadelspitze sehr nah über dem Magneten und legt eine elektrische Spannung an, so fließt ein sogenannter Tunnelstrom.

Je näher sich dabei die Nadel über dem Magneten befindet, desto größer ist der fließende Strom. Es zeigte sich, dass analog zum Tauchsieder der Tunnelstrom zu einer Erwärmung des Magneten führt. Mit einem sogenannten spinpolarisierten Rastertunnelmikroskop im Ultrahochvakuum untersuchten die Forscher die Schaltfrequenz des Nanomagneten bei verschiedenen Stromstärken.

Aus der jeweils gemessenen Frequenz gelang es, direkt die entsprechende Temperatur des Magneten zu bestimmt. Dabei zeigte sich, dass bereits ein Strom von einem Mikroampere ausreicht, um den Magneten um 1° C zu erwärmen, während seine unmittelbare Umgebung vom Strom unbeeinflusst blieb. Zusätzlich fanden die Forscher heraus, dass der Tunnelstrom den Nanomagneten in eine Vorzugsrichtung zwingt:

Er schaltet nicht mehr gleichmäßig zwischen zwei Orientierungen hin und her, sondern bevorzugt eine Orientierung, die der Magnetisierungsrichtung der Nadel entspricht. Die Experimente ergaben, dass dieses Spinstromschalten mit einem Rastertunnelmikroskop um Größenordnungen effektiver ist als mit Techniken, bei denen der zu schaltende Magnet in ein Schichtsystem eingebettet ist.

Die Experimente erlauben den Forschern einen detaillierten Einblick in die elektrischen und magnetischen Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Materie auf atomarer Skala. Mögliche zukünftige Anwendungen dieser Technik sind z.B. kleinste thermisch schaltende Nanomagnete, die als Sensoren oder Manipulatoren in industriellen Fertigungsprozessen eingesetzt werden, um hoch präzise lokale Temperaturen zu messen.

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 Drei Generationen an Sternen unter einem Dach
27.07.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Physiker designen ultrascharfe Pulse
27.07.2017 | Universität Innsbruck

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: Physiker designen ultrascharfe Pulse

Quantenphysiker um Oriol Romero-Isart haben einen einfachen Aufbau entworfen, mit dem theoretisch beliebig stark fokussierte elektromagnetische Felder erzeugt werden können. Anwendung finden könnte das neue Verfahren zum Beispiel in der Mikroskopie oder für besonders empfindliche Sensoren.

Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht und Röntgenstrahlung sind Beispiele für elektromagnetische Wellen. Für viele Anwendungen ist es notwendig, diese Strahlung...

Im Focus: Physicists Design Ultrafocused Pulses

Physicists working with researcher Oriol Romero-Isart devised a new simple scheme to theoretically generate arbitrarily short and focused electromagnetic fields. This new tool could be used for precise sensing and in microscopy.

Microwaves, heat radiation, light and X-radiation are examples for electromagnetic waves. Many applications require to focus the electromagnetic fields to...

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Aus Potenzial Erfolge machen: 30 Rittaler schließen Nachqualifizierung erfolgreich ab

27.07.2017 | Unternehmensmeldung

Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie