Sonderforschungsbereich für Spitzenforschung in Chemie und Physik

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TU-Forscher erfolgreich - Magnetismus von Nanopartikeln

Auf Festplatten werden heutzutage Informationen in Form von kleinsten Magneten gespeichert. Um Speicheranforderungen von Festplatten in der Zukunft zu genügen, müssen die magnetischen Speichereinheiten immer kleiner werden. Die Strukturen, die heutzutage bereits erreicht werden, betragen ca. 40 Nanometer für ein Bit ("1" oder "0") als kleinste zu speichernde Einheit. Diese 40 Nanometer entsprechen in etwa einem tausendstel der Dicke eines dünnen Haars. Dies bedeutet aber immer noch, dass über zwei Millionen Atome für die Speicherung eines Bits notwendig sind. Möchte man mehr Information auf kleineren Strukturen speichern, müssen die Speichereinheiten noch kleiner werden, was Probleme mit sich bringt. So wird bei kleineren Strukturen die magnetische Information schwächer, sie geht also schneller verloren. Durch Wechselwirkungen mit der Oberfläche und benachbarten Teilchen können zusätzlich die Speicher ihre magnetischen Eigenschaften verlieren.

Einer Forschungsgruppe aus der Physikalischen Chemie an der TU Kaiserslautern und im Transregio-Sonderforschungsbereich "3MET" in Zusammenarbeit mit einer Gruppe am BESSY in Berlin ist es gelungen, magnetische Momente von kleinsten Teilchen (ca. 20 Atome!) unabhängig von der Umgebung in der Gasphase zu bestimmen. Darüber wurde in der Zeitschrift Physical Review Letters (2011, 107, 233401) und dazu in einem Brennpunkt-Artikel in der Zeitschrift Physik Journal (2012, 11, 22-23) vor kurzem berichtet. Den Forschern gelang es durch XMCD Messungen sowohl das magnetische Spinmoment, als auch das Bahnmoment unabhängig voneinander zu bestimmen. Das Bahnmoment wird durch die Bewegung der Elektronen verursacht und ist damit von der Struktur des Teilchens abhängig. Eine Optimierung der magnetischen Eigenschaften durch die Veränderung der Struktur kann nun an diesen kleinsten Teilchen erfolgen.

Durch eine genaue Kenntnis der magnetischen Eigenschaften des Teilchens lassen sich nun magnetischen Eigenschaften der Teilchen selbst und in Umgebung mit Oberflächen, bzw. mit anderen Teilchen studieren. Dadurch wird es ermöglicht, neue Festplatten mit 1.000fach höheren Speicherdichten gezielt zu entwickeln.

Weitere Informationen zum Transregio-SFB 3MET unter www.uni-kl.de/3met

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[Content not yet translated. Original:] Der interdisziplinäre Transregio-SFB 3MET veranstaltete an der TU Kaiserslautern am Fachbereich Chemie den internationalen "Workshop on Metal-Metal Communication in Oligonuclear Complexes" als Start einer Serie von Konferenzen mit höchster wissenschaftlicher Qualität. Es nahmen etwa 110 Besucher aus In- und Ausland daran teil. Die Tagung wurde vom Sprecher Prof. Dr. Gereon Niedner-Schatteburg und dem Präsidenten der TU Kaiserslautern Prof. Dr. Helmut J. Schmidt eröffnet.

 

Das Thema der Tagung war Grundlagenforschung im Bereich molekularer Systeme mit mehreren Metall-Atomen. Es wird gezielt nach der Wechselwirkung (Kommunikation) zwischen den Metallzentren geforscht, um neue Anwendungen im Bereich Magnetismus (kleinste Speicher und Schalter), Lumineszenz (Leuchtstoffe) und Katalyse (gesteigerte Effizienz und bessere Selektivität) zu erschließen. Die vier Hauptsessions wurden von Keynote Lectures eingeführt mit fünf nachfolgenden Vorträgen zu aktuellen Forschungsproblemen. Keynote Lectures von Prof. Dr. Pierre Braunstein, Strassbourg, Prof. Dr. Thorsten Glaser, Bielefeld, Prof. Dr. Felix Tuczek, Kiel und der"3MET Lecture" von Prof. Dr. Tobin Jay Marks, Northwestern University, Illinois, USA, zur Katalyse, Magnetismus und Materialwissenschaften ermöglichten dem multidisziplinären Publikum einen Überblick in die komplexe Materie. Von den teilnehmenden Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen wurden 22 Vorträge und 40 Poster präsentiert.

 

Im Bereich Magnetismus wurden neue Methoden zur Berechnung der Anisotropie, Angeregten- und Transferzuständen, sowie zur Berechnung des elektronischen Transports in offenschaligen oligonuklearen Komplexen vorgestellt. Darüber hinaus wurden experimentelle Daten zur Synthese und Strukturen neuer oligonuklearer Übergangsmetall (Glaser, Braunstein) und Lanthanoid-Komplexen präsentiert. Weiter wurden durch Mösbauer-und Röntgenabsorptions- und optischer Spektroskopie in Festkörper, Lösung und Gasphase wurden Komplexe untersucht und neue Struktur-Wirkungs-Beziehungen aufgestellt.

 

Neue Wege zur Aktivierung von N2-Bindungen (Tuczek), zur Transformation von C-H Bindungen und zu Transferhydrogenierungen durch multinukleare Komplexe wurden im Bereich Katalyse vorgestellt. Besonders hervorzuheben war auch eine Keynote-Lecture zur Synthese von kettenverzweigten Polyolefinen mit mehrkernigen Katalysatorkomplexen (Marks).

 

Eine Manipulation von optischen Eigenschaften durch Kooperation mehrerer Metallzentren konnte von mehreren Gruppen durch Spektroskopie auf Oberflächen, in Lösung und in der Gasphase gezeigt werden. Auch hier wurden neue Methoden zur Berechnung von optischen Eigenschaften, z.B. der Lumineszenz, vorgestellt.

(Erschienen in Nachrichten aus der Chemie 2012, 60, 1230.)

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[Content not yet translated. Original:] Zur der Arbeit

R. Vincent, S. Klyatskaya, M. Ruben, W. Wernsdorfer, F. Balestro
Electronic read-out of a single nuclear spin using a molecular spin transistor.
Nature
2012, 488, 357-360.
http://dx.doi.org/10.1038/nature11341

ist in der Zeitschrift Ars Technica ein Kommentar erschienen.

http://arstechnica.com/science/2012/08/a-single-molecule-magnet-may-enable-quantum-computing/

 

 

[Content not yet translated. Original:] News&Views

[Content not yet translated. Original:] Zu dem Artikel 

M. Urdampilleta, S. Klyatskaya, J-P. Cleuziou, M. Ruben, W. Wernsdorfer
Supramolecular spin valves
Nature Materials 2011, 10, 502-506.
dx.doi.org/10.1038/nmat3050

erschien in der sehr renommierten Zeitschrift Nature Materials ein Highlight Artikel.

Nature Materials 2011, 10, 484.

www.nature.com/naturematerials

[Content not yet translated. Original:] Brennpunkt Artikel

[Content not yet translated. Original:] Über den Beitrag

S. Peredkov, M. Neeb, W. Eberhardt, J. Meyer, M. Tombers, H. Kampschulte, G. Niedner-Schatteburg
Spin and orbital magnetic moments of free nanoparticles
Phys. Rev. Lett.
2011, 107, 233401.
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.233401

erschien in der Zeitschrift Physik Journal ein Brennpunkt Artikel.

Physik Journal 11 (2012), 5, 23 http://www.pro-physik.de/details/articlePdf/1881009/issue.html

 

[Content not yet translated. Original:] Pressemitteilung 14.5.2012

[Content not yet translated. Original:] Höchste Speicherdichten

Auf Festplatten werden heutzutage Informationen in Form von kleinsten Magneten gespeichert. Um Speicheranforderungen von Festplatten in der Zukunft zu genügen, müssen die magnetischen Speichereinheiten immer kleiner werden. Die Strukturen, die heutzutage bereits erreicht werden betragen ca. 40 Nanometer für ein Bit („1“ oder „0“) als kleinste zu speichernde Einheit. Diese 40 Nanometer entsprechen in etwa einem tausendstel der Dicke eines dünnen Haars. Dies bedeutet aber immer noch, dass über 2 Millionen Atome für die Speicherung eines Bits notwendig sind. Möchte man mehr Information auf kleineren Strukturen speichern, müssen die Speichereinheiten noch kleiner werden, was Probleme mit sich bringt. So wird bei kleineren Strukturen die magnetische Information schwächer, sie geht also schneller verloren. Durch Wechselwirkungen mit der Oberfläche und benachbarten Teilchen können zusätzlich die Speicher ihre magnetischen Eigenschaften verlieren.

Einer Forschungsgruppe aus der Physikalischen Chemie an der TU Kaiserslautern und im Transregio-Sonderforschungsbereich „3MET“ in Zusammenarbeit mit einer Gruppe am BESSY in Berlin ist es gelungen magnetische Momente von kleinsten Teilchen (ca. 20 Atome!) unabhängig von der Umgebung in der Gasphase zu bestimmen. Darüber wurde in der Zeitschrift Physical Review Letters (2011, 107, 233401) und dazu in einem Brennpunkt-Artikel in der Zeitschrift Physik Journal (2012, 11, 22-23) vor kurzem berichtet. Den Forschern gelang es durch XMCD Messungen sowohl das magnetische Spinmoment, als auch das Bahnmoment unabhängig voneinander zu bestimmen. Das Bahnmoment wird durch die Bewegung der Elektronen verursacht und ist damit von der Struktur des Teilchens abhängig. Eine Optimierung der magnetischen Eigenschaften durch die Veränderung der Struktur kann nun an diesen kleinsten Teilchen erfolgen.

Durch eine genaue Kenntnis der magnetischen Eigenschaften des Teilchens lassen sich nun magnetischen Eigenschaften der Teilchen selbst und in Umgebung mit Oberflächen, bzw. mit anderen Teilchen studieren. Dadurch wird es ermöglicht neue Festplatten mit 1000fach höheren Speicherdichten gezielt zu entwickeln.

 

[Content not yet translated. Original:] Pressemitteilung 2.2.2012

[Content not yet translated. Original:] Chemische Prozesse in Zeitlupe untersuchen

Der  Transregio-Sonderforschungsbereich 3MET erhält am Standort TU Kaiserslautern ein neues wissenschaftliches Großgerät zur Messung von ultraschnellen Prozessen, die im Bereich von Hundert Femtosekunden (10-13s) stattfinden. Hundert Femtosekunden sind so kurz, dass selbst Licht in diesem Zeitraum nur eine Strecke von etwa 30 Mikrometern (etwa die Dicke eines dünnen Haars) zurücklegen kann.  Dieses Messgerät besteht neben einer Vielzahl von speziellen Spiegeln und Linsen, aus Modulen eines LASER-Systems, das nun aufgebaut und installiert wird. Die Installation erfolgt auf einer ca. 1,5m x 3m großen Metallplatte mit einem Gesamtgewicht von etwa einer Tonne, die erschütterungsfrei und klimatisiert aufgestellt wird.

Mit diesem Ultrakurzpuls-LASER in Kombination mit einem Massenspektrometer können Wissenschaftler am Fachbereich Chemie der TU Kaiserslautern im Rahmen des Sonderforschungsbereichs SFB/TRR 88 3MET der Ursache der Farbe von Leuchtstoffen, den Zeitskalen chemischer Elementar-Reaktionen und der magnetischen Informationsübertragung auf den Grund gehen und diese quasi in Zeitlupe untersuchen.

Von besonderem Interesse ist die schnelle Übertragung von Information (Energie, Ladung, Spin) zwischen Metallzentren in neu synthetisierten Stoffen und wie sich diese manipulieren lässt. Eine Vision ist es, Materialien für Hochleistungsmagnete und magnetische Speicher zu entwickeln, die mit viel kleineren Mengen der teuren und immer knapper werdenden "Seltenen Erden"-Metalle auskommen, oder sogar ganz auf diese verzichten und andere Metalle beinhalten. Diese grundlegenden Arbeiten sind für die Entwicklung von neuen Computern und Bildschirmen von entscheidender Bedeutung.

(Erschienen in Radio Antenne Kaiserslautern)

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