Nanomagnete: von der Synthese
über die Wechselwirkung mit Oberflächen zur Funktion



Cluster



Die Forschergruppe FOR 945, bestehend aus einem interdisziplinären Team von Wissenschaftlern der Anorganischen Chemie, der Experimental- und Theoretischen Physik der Universität Bielefeld sowie der Universität Erlangen-Nürnberg und der Fachhochschule Bielefeld, befasst sich mit der Synthese, Optimierung und Charakterisierung sowie den Wechselwirkungen von Nanomagneten mit ihrer Umgebung, insbesondere mit metallischen oder isolierenden Substraten bzw. ihren Umhüllungen.

Eine wissenschaftliche wie auch anwendungsbezogene Herausforderung für die Nanotechnologie stellt der weite Bereich des Magnetismus dar. Während sich die Festkörperchemie bzw. -physik herkömmlich mit ferromagnetischen Materialien beschäftigt hat und die Molekülchemie sich dem Paramagnetismus einzelner Moleküle widmete, nähern sich nun beide Disziplinen dem Bereich zwischen Festkörper- und molekularem Magnetismus an. So fokussiert sich nicht nur die Festkörperphysik auf den Ferromagnetismus in nanoskaligen Dimensionen, sondern auch die Molekülchemie ermöglicht die Synthese immer größerer, nanoskaliger Cluster mit remanentem Magnetismus. Die Eigenschaften magnetischer Materialien im Nanostrukturbereich versprechen viele neue potentielle Anwendungen. So zeichnen sich die elektronischen und magnetischen Eigenschaften dieser Nanomagnete als direkt von ihrer Größe abhängig aus.

Wie in allen Feldern der Nanotechnologie sind auch im Bereich des Magnetismus zwei Annäherungen an das Nanoregime möglich: der Top-down-Ansatz und der Bottom-up-Ansatz. Beim Top-down-Verfahren werden makroskopische Ferromagnete, die aus mehreren magnetischen Domänen bestehen, sukzessive verkleinert, bis das Material nur noch aus einer Domäne besteht, die größen- und zeitabhängige magnetische Eigenschaften bis hin zum Superparamagnetismus besitzt. Gemäß der Bottom-up-Strategie können Nanomagnete auch auf chemischem Weg erzeugt werden, die so genannten magnetischen Nanopartikel und Einzelmolekülmagnete. Während über isolierte Nanomagnete bereits intensiv geforscht wurde, ist über deren Eigenschaften "in Umgebung", d. h. auf Oberflächen oder in Umhüllungen wenig bekannt und erste vereinzelte Ansätze sind bisher nicht Erfolg versprechend.

Ausgehend von der Synthese, Charakterisierung und Optimierung von Nanomagneten liegt der Schwerpunkt der neu zu installierenden Forschergruppe auf den Wechselwirkungen von Nanomagneten mit ihrer Umgebung, insbesondere mit metallischen oder isolierenden Substraten bzw. ihren Umhüllungen. So sollen die Nanomagnete auf Oberflächen deponiert und organisiert sowie die gegenseitige Beeinflussung der Nanomagnete mit Oberflächen bzw. dünnen Schichten experimentell und theoretisch untersucht werden. Dazu werden die Eigenschaften der Nanomagete im Festkörper, in Lösung und auf Oberflächen analysiert und miteinander verglichen. Diese systematischen Untersuchungen über den Einfluss der Oberflächen auf die elektronischen und somit magnetischen Eigenschaften der Nanomagnete bzw. umgekehrt über den Einfluss der Nanomagnete auf die Oberflächen sollen grundlegende Erkenntnisse über mögliche Anwendungen von Nanomagneten als Komponenten in der molekularen Elektronik bzw. der Spintronik sowie als Speichermedien ergeben.