Wie der Strom im Magnetfeld fließt

Rastertunnelpotentiometrie-Aufnahme einzelner Graphen-Inseln (Bildgröße 400 Nanometer) für verschiedene Magnetfeldrichtungen. Der Farbverlauf zeigt den gemessenen Spannungsabfall, die gelben Pfeile deuten die dazugehörige Stromrichtung an. Grafik: Universität Göttingen

Wissenschaftlern der Universität Göttingen ist es gelungen, den Einfluss eines Magnetfeldes auf den elektrischen Stromtransport auf mikroskopischer Ebene zu verstehen. Mit Hilfe eines eigens hierfür konstruierten Rastertunnelmikroskops war es ihnen erstmals möglich, den Elektronenfluss bis auf die atomare Skala zu vermessen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen.

Der sogenannte Magnetwiderstand, die Änderung des elektrischen Widerstandes mit dem Magnetfeld, ist eine wichtige physikalische Größe, die grundlegend Aufschluss über die Eigenschaften eines Materials geben kann.

„Klassisch werden Elektronen in einem Magnetfeld aufgrund der Lorentz-Kraft zusätzlich seitlich abgelenkt. Wie stark sie abgelenkt werden, hängt von der Leitfähigkeit und der Ladungsträgerkonzentration des Materials ab, in dem sie sich bewegen“, erläutert Philip Willke vom IV. Physikalischen Institut der Universität Göttingen, der sich im Rahmen seiner Doktorarbeit mit dem Thema beschäftigte.

„Magnetfelder werden zum Beispiel in elektronischen Bauteilen verwendet. Diese sind nur noch wenige atomare Lagen dick. Deshalb ist es nötig, hochauflösende Mikroskope zu verwenden, um den Stromfluss zu charakterisieren.“

Um einen Einblick auf diese Längenskalen zu erhalten, benutzte die Forschergruppe ein Rastertunnelmikroskop. Dieses ertastet ähnlich wie Blindenschrift die Oberfläche einer Probe, in diesem Fall mit einer dünnen Metallspitze. „Diese Methode erlaubt es, Abbildungen bis auf die Skala von wenigen Nanometern, also ein Millionstel Millimeter, zu erstellen“, ergänzt Thomas Kotzott vom IV. Physikalischen Institut. „Darüber hinaus sind Messungen des Elektronentransports insbesondere in hohen Magnetfeldern nicht trivial, und wir mussten die Instrumente und Methoden eigens entwickeln.“

Besonderes Augenmerk legten die Forscher auf den Einfluss von Defekten, kleinen Schönheitsfehlern im Material. Diese führen in der Regel zu einem höheren Widerstand der Probensysteme. „Wir konnten mit einem Blick auf die Nanoskala erstmals zeigen, dass die von uns charakterisierten Defekte im Material ihren Widerstand im Magnetfeld nicht ändern, im Gegensatz zum Rest der Probe“, ergänzt Arbeitsgruppenleiter Dr. Martin Wenderoth.

Die Forscher führen dies auf einen anderen Streumechanismus zurück. Diese innovative Methode erlaubt somit erstmals neue Einblicke in den elektrischen Stromfluss bis hinunter auf die atomare Skala und kann zukünftig helfen, Materialien mit hoher Auflösung zu charakterisieren.

Originalpublikation: Philip Willke et al. Magnetotransport on the nano scale. Nature Communications 8, 15283. Doi: 10.1038/ncomms15283 (2017), http://www.nature.com/articles/ncomms15283

Hinweis an die Redaktionen:
Fotos zum Thema haben wir im Internet unter http://www.uni-goettingen.de/de/3240.html?cid=5817 zum Download bereitgestellt.

Kontakt:
Privatdozent Dr. Martin Wenderoth
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik – IV. Physikalisches Institut
Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen
Telefon (0551) 39-9367
E-Mail: wenderoth@ph4.physik.uni-goettingen.de
Internet: http://www.uni-goettingen.de/de/500611.html

http://www.nature.com/articles/ncomms15283
http://www.uni-goettingen.de/de/3240.html?cid=5817

Media Contact

Thomas Richter idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Informationen:

http://www.uni-goettingen.de/

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie

Von grundlegenden Gesetzen der Natur, ihre elementaren Bausteine und deren Wechselwirkungen, den Eigenschaften und dem Verhalten von Materie über Felder in Raum und Zeit bis hin zur Struktur von Raum und Zeit selbst.

Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Berichte und Artikel, unter anderem zu den Teilbereichen: Astrophysik, Lasertechnologie, Kernphysik, Quantenphysik, Nanotechnologie, Teilchenphysik, Festkörperphysik, Mars, Venus, und Hubble.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Neueste Beiträge

Graphen-Forschung: Zahlreiche Produkte, keine akuten Gefahren

«Graphene Flagship» nach zehn Jahren erfolgreich abgeschlossen. Die grösste je auf die Beine gestellte EU-Forschungsinitiative ist erfolgreich zu Ende gegangen: Ende letzten Jahres wurde das «Graphene Flagship» offiziell abgeschlossen. Daran…

Wie Bremsen im Gehirn gelockert werden können

Forschende lokalisieren gestörte Nervenbahnen mithilfe der tiefen Hirnstimulation. Funktionieren bestimmte Verbindungen im Gehirn nicht richtig, können Erkrankungen wie Parkinson, Dystonie, Zwangsstörung oder Tourette die Folge sein. Eine gezielte Stimulation von…

Wärmewende auf der GeoTHERM erleben

Als Innovationspartner in Sachen Wärmewende für Industrie und Kommunen stellt sich das Fraunhofer IEG auf der internationalen Fachmesse GeoTHERM vor. Auf seiner Ausstellungsfläche in Offenburg stellt es ab dem 29….

Partner & Förderer