Kleines Wellblech - große Wirkung

Veränderungen von Materialoberflächen auf atomarer Skala können einen grundlegenden Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften des gesamten Materials haben.

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.

Abb. 1: Mittels Rasterkraftmikroskopie aufgenommene Aufsicht auf das „Nanowellblech“. (Quelle: FZD)

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. Jürgen Faßbender und 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.

Abb. 2: Nano-Wellblech im 3D-Schema: die veränderten Materialeigenschaften verdanken sich den Atomen an den Kanten (grün) und Ecken (blau). (Quelle: FZD)

Stefan Facsko beschäftigt sich mit Verfahren, um gezielt neuartige Oberflächenstrukturen auf Materialen herzustellen. Mithilfe eines Ionenstrahls 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 hoch sind die erzeugten Strukturen.

Der Physiker Jürgen Fassbender untersuchte diese Oberflächenschichten auf ihre magnetischen Eigenschaften und fand eine außergewöhnlich starke Richtungsabhängigkeit der magnetischen Eigenschaften. 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.

Quelle: FZD

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  M. O. Liedke, B. Liedke, A. Keller, B. Hillebrands, A. Mücklich, S. Facsko, J. Faßbender, Induced anisotropies in exchange coupled systems on rippled substrates, Phys. Rev. B 75, 220407(R) (2007).
  http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.75.220407
• Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung:
  http://www.fzd.de/FWI/
• Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD):
  http://www.fzd.de