Duisburg-Essen, Starnberg, 18. Nov. 2011 - Wissenschaftler des Centers for Nanointegration (CeNIDE) der Uni Duisburg-Essen formulierten erstmals Regeln...
... nach denen in Zukunft gezielt Nanomagnete hergestellt werden könnten.. Zum Hintergrund dieses Beitrags: Die Arbeitsgruppen des Experimentalphysikers Prof. Heiko Wende und des theoretischen Physikers Prof. Peter Entel (= Theorie und Experiment) konzentrieren sich bei diesem Forschungsprojekt explizit auf die Datenspeicherung als möglichen Anwendungsfall für den Einsatz von Nanomagneten: Jeder dieser Magnete soll in Zukunft (nach Forscherangaben derzeit noch kein exakter Zeithorizont möglich, da bislang reine Grundlagenforschung…) als ein Bit fungieren – je mehr dieser Partikel auf eine definierte Fläche passen, desto größer der Datenspeicherplatz. Damit könnten sich nach Rücksprache mit den Forschern in Zukunft gezielt Nanomagnete mit definierten Eigenschaften herstellen lassen.
Für diesen Zweck müssen die Nanomagnete allerdings eine hohe magnetische Anisotropie aufweisen, d.h. extrem hartmagnetisch sein. Das sie umgebende Material im Herzen einer Festplatte muss deshalb zwei Anforderungen erfüllen: Es soll die Nanomagnete vor Korrosion schützen, darf deren magnetische Eigenschaften aber andererseits keinesfalls nachteilig verändern. Detaillierte Informationen hierzu finden Sie publiziert im Online-Journal „Nature Communications“ (Ausgabe 2, Artikelnummer 528) unter:
> http://www.nature.com/ncomms/journal/v2/n11/full/ncomms1538.html
Weitere Infos zu Nanotechnologie und Datenspeicherung (IBM Racetrack - Projekt) finden sie in unserem Beitrag > http://www.storageconsortium.de/content/node/732
Die Arbeitsgruppe von Prof. Wende umhüllte hartmagnetische Eisen-Platin-Nanomagneten mit verschiedenen metallischen Elementen wie Kupfer, Gold und Aluminium. Mithilfe der Hochbrillanz-Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II des Helmholtz-Zentrums Berlin wurde anschließend das magnetische Moment der Proben gemessen. Dr. Carolin Antoniak freut sich über die erzielten Ergebnisse: „Die investierte Zeit hat sich definitiv gelohnt, denn hier war es uns möglich, getrennt den Spin- und Bahnmagnetismus zu messen und Rückschlüsse auf die magnetische Anisotropie zu ziehen.“
Parallel zur experimentellen Forschung hat die Arbeitsgruppe von Prof. Entel den Einfluss verschiedener Umhüllungselemente theoretisch berechnet. Während die Messungen am BESSY II das magnetische Moment aller Atome in einem Nanomagneten im Mittel ergeben, konnte Dr. Markus Gruner die magnetischen Eigenschaften jedes einzelnen Atoms getrennt untersuchen – zum Beispiel in der Mitte und an der Oberfläche des Nanomagneten. Für diese Rechnungen nutzte der Physiker den akademischen Forschungsrechner JUGENE am Forschungszentrum Jülich, der eine Rechenleistung von 1 Petaflop pro Sekunde hat. Zitat: „Wir haben mehr als 1.000 Prozessoren über mehrere Wochen synchron arbeiten lassen. Das ging nur hier…“
Die Kombination von Theorie und Experiment hat zu diesen in Forscherkreisen bahnbrechenden Ergebnissen geführt: Die theoretische Berechnung ist zwar extrem genau, beruht jedoch auf Annahmen. Annahmen, die im Experiment bewiesen wurden. So ist es der Forscherkooperation nun möglich, Regeln zu formulieren, wie Nanomagnete mit spezifischen magnetischen Eigenschaften (hart- oder weichmagnetisch, maximales oder verkleinertes Moment) herzustellen sind. Die gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment zeigt, dass solche Rechnungen es prinzipiell ermöglichen, auch Eigenschaften von bisher nicht hergestellten Arten von Nanomagneten vorauszusagen. So ist es möglich, die Nanomagnete je nach Art der gewünschten Eigenschaften bereits vor der Realisierung maßzuschneidern.
„Für die Zukunft haben wir uns vorgenommen, die Nanomagnete mit organischen Materialien zu umhüllen“, erklärt Prof. Wende. „Eventuell ist es dann möglich, die Eigenschaften nachträglich durch äußere Einflüsse wie zum Beispiel Licht zu modifizieren.“ Nanomagnete ermöglichen dienen heute aber auch als Kontrastmittel bei MRT-Untersuchungen und werden für Hyperthermie-Behandlungen bei Krebspatienten eingesetzt. Dies sind nur einige Beispiele der Einsatzmöglichkeiten, doch machen sie deutlich, dass bei sehr vielfältigen Anwendungen ebenso unterschiedliche Eigenschaften gefragt sind.