Norddeutscher Physik-Förderpreis für Nachwuchswissenschaftler nach Rostock vergeben

26.11.2003 - (idw) Universität Rostock


Dr. Volkmar Senz Der Förderpreis der "Dr. Helmut und Hannelore Greve Stiftung für Wissenschaften und Kultur", der auf Vorschlag der Hamburger Joachim-Jungius-Gesellschaft der Wissenschaften verliehen wird, ist in diesem Jahr auch an den Rostocker Physiker Dr. Volkmar Senz vergeben worden. Der Preis, der in diesem Jahr an insgesamt neun junge Wissenschaftler aus verschiedensten Gebieten vergeben wurde, würdigt damit die Doktorarbeit von Herrn Senz, die er im Fachbereich Physik der Rosto-cker Universität in der Arbeitsgruppe "Cluster und Nanostrukturen" angefertigt hat.
Teilt man in Gedanken einen Festkörper in immer kleinere Einheiten, ändern sich die physikalischen Eigenschaften lange bevor einzelne Atome vorliegen. Strukturen im Größenbereich von nur noch wenigen Nanometern oder kleine Teilchen mit nur noch wenigen Atomen - so genannte Cluster - weisen Eigenschaften auf, die deutlich von denen eines ausgedehnten Festkörpers auf der einen Seite oder denen eines einzelnen Atoms oder Moleküls auf der anderen Seite abweichen und mit den Gesetzen der Quantenmechanik erklärt werden müssen.
Dabei können sich optische, chemische oder auch magnetische Eigenschaften ei-nerseits langsam und kontinuierlich über einen bestimmten Größenbereich entwickeln. Die brillanten Farben von Kirchenfenstern, die allein durch die unterschiedlichen Größen kleiner Goldpartikel hervorgerufen werden, sind hierfür ein beein-druckendes Beispiel. Auf der anderen Seite kann sich vor allem im Bereich kleiner Cluster die katalytische Aktivität durch Hinzufügen von nur einem einzelnen Atom dramatisch ändern.
In Bezug auf die magnetischen Eigenschaften richtet sich das Interesse der Forschung wesentlich auf die im Allgemeinen erhöhte Magnetisierung von kleinen Clustern, das Verständnis der räumlichen Orientierung der Magnetisierung - die magnetische Anisotropie - sowie die Stabilität der Magnetisierung und damit einer gespeicherten Information gegen thermisch angeregte Fluktuationen. Die phänomenologische Beschreibung all dieser Effekte ist in Bezug auf technische Anwendungen, insbesondere die magnetische Datenspeicherung, von größtem Interesse. Die Motivation aus Sicht der wissenschaftlichen Grundlagenforschung geht jedoch darüber hinaus und hat ein Verständnis auf mikroskopischer Ebene zum Ziel.
Im Rahmen der Dissertation wurden als Modellsystem magnetische Eisen-Nanostrukturen und -Cluster mit den Methoden der Oberflächen- und Clusterphysik erzeugt und strukturell charakterisiert. Die lateralen Abmessungen konnten bis auf wenige Nanometer reduziert werden; eine Größe, bei der die einzelnen Struktu-ren nur noch einige hundert bis tausend Atome enthalten. Die Messung der Mag-netisierung dieser kleinen Teilchen geht auf einen Effekt zurück, der schon 1877 erstmals von dem schottischen Physiker John Kerr beschrieben wurde: Die Polarisation von Licht, d.h. die Schwingungsebene der elektromagnetischen Welle, dreht sich auf Grund der Reflexion an der Oberfläche eines magnetischen Materials. Dieser Effekt kann als Grundlage verschiedener experimenteller Techniken betrachtet werden, die den Einsatz von Laserlicht im Labor und von Röntgenstrahlung an modernen Synchrotronstrahlungsquellen, wie BESSY in Berlin und der ESRF in Grenoble, einschließen. Insbesondere der Einsatz von Röntgenlicht erlaubt dabei, die Magnetisierung in chemisch heterogenen Systemen elementspezifisch zu spektroskopieren. Darüber hinaus kann unter Nutzung von harter Röntgenstrahlung, wie sie in Grenoble zur Verfügung steht, der Einfluss der Magnetisierung auf die Energieniveaus des Atomkerns eines bestimmten Eisenisotops, des 57Fe, beobachtet werden. Die Besonderheit dieser Methode liegt in der Möglichkeit, nicht nur die resultierende Gesamtmagnetisierung zu bestimmen, sondern durch Vergleich mit Modellrechnungen die lokale Verteilung der Stärke und Orientierung der Magnetisierung in den Nanostrukturen aufzuklären. Hierdurch ist es gelungen, das Wechselspiel verschiedener Beiträge der magnetischen Anisotropieenergie, die ne-ben den unterschiedlichen Wechselwirkungen im Volumen und an der Oberfläche insbesondere die Form der Strukturen berücksichtigen, aufzuklären. Damit ist es im Modellsystem im Prinzip möglich, durch die Wahl der Präparationsbedingungen die Form der Nanostrukturen und damit die Ausrichtung des Magnetisierungsvek-tors einzustellen. Mit anderen Worten, es gelingt - zumindest im Labormaßstab - die magnetischen Eigenschaften auf mikroskopischer Ebene gezielt zu manipulie-ren. Ob sich Laborresultate dieser Art technisch nutzen lassen, wird die Zukunft zeigen.
Die Arbeit leistet einen sowohl grundlegenden als auch für technische Anwendun-gen relevanten Beitrag zur Physik der Nanomagnetismus, wie es in der Würdigung heißt.

Prof. Dr. Karl-Heinz Meiwes-Broer
T: 0381 498 6701