Temperaturen magneto-optisch messen
Pyro-magnetische Optik kann Temperaturen hochaufgelöst und sehr schnell bestimmen.
Wer sein Haus energetisch sanieren möchte, nutzt oft die bekannten, gelb bis blau leuchtenden Wärmebilder. Mittels Infrarotmessung sollen dabei Schwachstellen sichtbar werden. Auch in der Industrie setzt man die Thermografie bei der Werkstoffprüfung ein. Abhängig vom Material kann es bei der Methode allerdings zu großen Messfehlern kommen. Aus den Laboren der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel kommt nun eine Technik, die materialunabhängig minimalste Temperaturunterschiede mit hoher räumlicher Auflösung sichtbar macht.
Abb.: Thermografische Aufnahme eines integrierten Schaltkreises mittels pyro-magnetischer Optik (Bild: J. McCord)
Die Wissenschaftler aus Kiel machen sich bei ihrer Entdeckung die magnetischen Eigenschaften eines bestimmten Materials zunutze. In den Experimenten wird eine dünne und transparente Schicht einer Granat-Verbindung (ein Mineral aus der Klasse der Silikate) auf den Untersuchungsgegenstand aufgelegt – in diesem Fall ein integrierter Schaltkreis eines Mikrochips. Verändert sich nun die Temperatur irgendwo in dem Schaltkreis auch nur minimal, reagiert das darauf liegende Material mit veränderten magnetischen Eigenschaften. Je wärmer es wird, desto kleiner wird die Magnetisierung.
Diese je nach Temperatur unterschiedliche Magnetisierung lässt sich mit einem sogenannten Polarisationsmikroskop sichtbar machen. Trifft Licht auf die Oberfläche der dünnen Schicht, wird es je nach deren Magnetisierung anders reflektiert. Eine digitale, lichtempfindliche Kamera nimmt das zurückgeworfene Licht auf. Die magnetooptischen Aufnahmen zeigen die Temperaturverteilung im Schaltkreis und die winzigen magnetischen Domänen des Materials.
Das von den Kieler Physikern zusammen mit Wissenschaftlern der russischen Tver State University und dem russischen Forschungsinstitut für Materialwissenschaften und Technologie entworfene Material funktioniert als extrem genauer Temperaturmesser. Minimale Veränderungen von bis zu einem Hundertstel Grad Celsius, die in Millisekunden ablaufen, kann die Messmethode mit einer Auflösung von Mikrometern anzeigen. „Unsere Technik eröffnet damit völlig neue Möglichkeiten für verschiedene Wärmebildanwendungen“, ist sich Jeffrey McCord, Leiter der Studie vom Kieler Institut für Materialwissenschaften, sicher. Denkbar sind neuartige Wärmebildkameras. Insbesondere die Fehleranalyse von elektronischen Bauteilen könnte die „pyro-magnetische Optik“, so der Name des neuen Verfahrens, einfacher und genauer machen.
U. Kiel / DE
