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Nano-Wellblech mit großer magnetischer Wirkung

Wissenschaftler des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf konnten zeigen, dass sich magnetische Eigenschaften von Materialien gezielt durch Nano-Strukturen auf der Oberfläche beeinflussen lassen. Dieser erstmalig beobachtete Effekt erlaubt ein tieferes Verständnis von magnetischen Materialen und könnte die Entwicklung neuartiger Sensoren ermöglichen. Die Ergebnisse wurden jüngst in der Fachzeitschrift "Physical Review B -  Rapid Communications" veröffentlicht.

Weltweit versuchen Wissenschaftler, die magnetischen Eigenschaften von Materialen so zu verändern, dass man sie für gezielte Anwendungen optimal anpassen kann. So werden zum Beispiel in der Automobilindustrie Materialen für Winkel-Sensoren benötigt, die eine hohe Stabilität der Magnetisierung aufweisen. Mit diesen Sensoren misst man Winkelpositionen und sie werden zur Ventil- und Lenkradsteuerung eingesetzt. Hier könnten die neuen Erkenntnisse dazu beitragen, dass leistungsfähigere und präzisere Sensoren entwickelt werden.

Jedes Material besitzt ihm eigene Eigenschaften. Die Eigenschaft, Strom zu leiten, ist beispielsweise typisch für Kupfer, nicht jedoch für Holz oder Plastik. Eine Veränderung solcher Materialeigenschaften ist nur innerhalb natürlich vorgegebener Grenzen möglich. Dr. Jürgen Faßbender und Dr. Stefan Facsko haben nun entdeckt, dass spezielle Nano-Strukturen auf der Oberfläche einen entscheidenden Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften des gesamten Materials haben. Sie konnten somit erstmalig den Magnetismus auf atomarer Ebene, und damit jenseits natürlicher Grenzen, gezielt verändern.

Dr. Stefan Facsko beschäftigt sich mit Verfahren, um gezielt neuartige Oberflächenstrukturen auf Materialen herzustellen. Mit Hilfe eines Ionenstrahls - das sind schnelle geladene Atome - erzeugt er eine wellenartige Struktur auf einer Siliziumoberfläche. In einem zweiten Schritt wird auf diese behandelte Oberfläche eine ultradünne Schicht eines magnetischen Materials aufgetragen. Diese Schicht übernimmt dabei die wellenartige Struktur der Siliziumoberfläche. So entsteht eine Art Nano-Wellblech, dessen Täler und Berge winzig klein sind. Gerade einmal 2 Nanometer (1 Nanometer entspricht dem Milliardsten Teil eines Meters) hoch sind die erzeugten Strukturen.

Der Physiker Dr. Jürgen Fassbender untersuchte diese Oberflächenschichten auf ihre magnetischen Eigenschaften. In dem vor kurzem veröffentlichten Artikel in der Fachzeitschrift "Physical Review B - Rapid Communications" beschreibt er die außergewöhnlich starke Richtungsabhängigkeit der magnetischen Eigenschaften im neuen Material. Die gemessenen Daten zeigen, dass es eine Vorzugsrichtung parallel zu den Tälern und Hügeln des Nano-Wellblechs gibt. Das bedeutet, dass eine Richtungsumkehrung der Magnetisierung nur schwer möglich ist. Solch eine höhere Stabilität der Magnetisierung ist beispielsweise für Winkelsensoren eine sehr wünschenswerte Eigenschaft.

Die Ergebnisse der Rossendorfer Forscher zeigen somit erstmalig, dass Veränderungen von Materialoberflächen auf atomarer Skala einen grundlegenden Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften des gesamten Materials haben.

M. O. Liedke, B. Liedke, A. Keller, B. Hillebrands, A. Mücklich, S. Facsko, J. Faßbender, "Induced anisotropies in exchange coupled systems on rippled substrates", in: Physical Review B - Rapid Communications, 2007 (Online-Publikation veröffentlicht).

Pressemeldung vom 25.06.2007

Mittels Rasterkraftmikroskopie aufgenommene Aufsicht auf das „Nanowellblech“.

 

Pressemeldung vom 25.06.2007: Nano-Wellblech mit großer magnetischer Wirkung

 

Querschnitts-Transmissions-Elektronenmikroskopie-Aufnahme der Nano-Struktur. Die untere helle Struktur zeigt die ionenstrahlerodierte, oxidierte Silizium-Oberfläche. Darauf wurde anschließend eine metallische Schicht deponiert, die der vorgegebenen Wellblech-Struktur des Substrates komplett folgt.

 

Pressemeldung vom 25.06.2007: Nano-Wellblech mit großer magnetischer Wirkung

Nano-Wellblech im 3D-Schema: die veränderten Materialeigenschaften verdanken sich den Atomen an den Kanten (grün) und Ecken (blau)

 

Pressemeldung vom 25.06.2007: Nano-Wellblech mit großer magnetischer Wirkung

Die 3D-Graphik verdeutlicht die Anzahl der nächsten Atom-Nachbarn an einer Stufenkante. Das gelbe Atom hat vier nächste Nachbarn (türkis) in der gleichen atomaren Ebene und drei nächste Nachbarn (blau) in der darunter liegenden Ebene.

 

Weitere Informationen:
Dr. Jürgen Fassbender
Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung
Tel.: 0351 260 - 3096

Dr. Stefan Facsko
Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung
Tel.: 0351 260 - 2987

Pressekontakt:
Dr. Christine Bohnet
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD)
Bautzner Landstr. 128
01328 Dresden
Tel.: 0351 260 - 2450 oder 0160 969 288 56
Fax: 0351 260 - 2700