Ein Material mit vielversprechenden Eigenschaften

Ferromagnetische Halbleiter gehören zu den vielversprechenden funktio­nalen Materi­alien, die auf­grund ihrer Eigen­schaften auf dem Gebiet der Spin­tronik ein­setz­bar sind. In inter­diszipli­närer Zusammen­arbeit ist es an der Uni Konstanz gelungen, ein Ver­fahren zu ent­wickeln, mit dem Nano­partikel von Europium(II)-Oxid her­ge­stellt werden können, einem solchen ferro­magne­tischen Halb­leiter. In einem weiteren Schritt konnte gezeigt werden, dass die magne­tischen Eigen­schaften der Nano­partikel mit ihrer Struk­turie­rung zusammen­hängen.

Im Rahmen eines Sonderforschungsbereichs befassen sich Forscher der Uni Konstanz mit den Eigen­schaften aniso­troper und magne­tischer Nano­partikel, wobei aniso­trop bedeutet, dass die Form sowie die magne­tischen, optischen oder elektro­nischen Eigen­schaften nicht in alle Raum­rich­tungen des Partikels gleich sind. Das bedeutet wiederum, dass nicht nur die neuen und oftmals ver­bes­serten Eigen­schaften nano­struktu­rierter Materi­alien, sondern darüber hinaus auch die durch Aniso­tropie zusätz­lichen Eigen­schaften erforscht werden können. Mit einer speziellen Methode ist es den Wissen­schaftlern jetzt gelungen, quali­tativ hoch­wertige und aniso­trope Europium(II)-Oxid-Nano­partikel herzu­stellen, anhand derer Struktur-Eigen­schafts-Effekte beob­achtet werden können.

Die Methode umfasst einen zweistufigen Prozess. Im ersten Schritt wird ein Hybrid­material aus orga­nischen und anorga­nischen Kompo­nenten herge­stellt, das bereits die gewünschte aniso­trope Form besitzt. Im nächsten Schritt wird das Hybrid­material mit Europium-Dampf behandelt, wobei es sich chemisch in Europium(II)-Oxid umwandelt. In diesem Fall besteht die aniso­trope Form der Nano­partikel in Hohl­röhren. „Die Methode ist inte­res­sant, weil man mit ihr nicht auf Hohl­röhren beschränkt ist. Es sind auch zum Beispiel Stäb­chen mach­bar“, erläutert Team-Mitglied Bastian Trepka.

Darüber hinaus konnte in einem weiteren Schritt gezeigt werden, dass die magne­tischen Eigen­schaften des Halb­leiters tat­säch­lich mit der Form seiner Nano­struktu­rierung zusam­men­hängen, beziehungs­weise mit der Aniso­tropie. Im Gegen­beweis ergaben sich nach einer weiteren Behand­lung, auf­grund derer die Hohl­räume ver­schwanden, ent­sprechend andere Eigen­schaften. „Das Besondere an diesem Prozess ist die Tren­nung von Struktur­kontrolle und chemi­scher Umwand­lung. Wir können aus dem­selben Material ver­schie­dene Formen gewinnen, indem wir über die Prozess­führung die Form beein­flussen, und bekommen immer das Material in der Form heraus, wie wir es brauchen“, so Trepka. Wobei es sich im Fall des Europium(II)-Oxids um eine topo­tak­tische Nano­trans­for­mation handelt, bei der die Kristall­rich­tung gleich­bleibt: Vor und nach der Behand­lung sind es Hohl­röhren.

„Ein intelligentes Material mit sehr vielen Eigen­schaften“, charak­teri­siert Trepka das Europium(II)-Oxid. Insbe­sondere aber hat es eine ein­fache Kristall­struktur. „Wenn sich eine Ände­rung von Eigen­schaften ergibt, lässt sich das sehr leicht erklären, weil die Kristall­struk­turen vor­ge­geben sind.“ Damit ist das Material ideal für Grund­lagen­forschung.

U. Konstanz / RK