Ein neuer Durchbruch in der Nanophysik zeigt, dass Magnetismus die Bewegung einzelner Atome auf Oberflächen steuern kann. Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und der Universität Hamburg haben herausgefunden, dass Atome nicht zufällig, sondern entlang magnetischer Reihen bewegt werden, was erhebliche Auswirkungen auf die Materialwissenschaft und Nanotechnologie haben könnte. Diese Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.
Bei ihren Experimenten verwendeten die Forscher ein Rastertunnelmikroskop, um die Bewegung von Atomen wie Kobalt, Rhodium und Iridium auf einer einlagigen Mangan-Schicht zu untersuchen, die auf eine Rhenium-Oberfläche aufgedampft wurde. Die Oberfläche war magnetisch geordnet und wies bekannte magnetische Eigenschaften auf. Die Experimente wurden bei extrem niedrigen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt durchgeführt, wodurch die Voraussetzung для präzise Messungen gegeben war.
Mechanismen der atomaren Bewegung
Die Forschungsgruppe stellte fest, dass Atome, die einem Stromimpuls ausgesetzt waren, sich in eine bestimmte Richtung bewegten, die durch die magnetischen Eigenschaften der Oberfläche beeinflusst wurde. Dies galt selbst für nicht magnetische Atome, was darauf hinweist, dass die Wechselwirkung zwischen den Atomen und der magnetischen Oberfläche entscheidend für die Bewegungsrichtung ist. Quantenmechanische Rechnungen, die auf Supercomputern durchgeführt wurden, bestätigten, dass es energetisch einfacher ist, sich entlang der magnetischen Reihen zu bewegen.
Diese Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten zur gezielten Steuerung atomarer Bewegungen. In der Nanotechnologie könnte dies zu Fortschritten bei der Entwicklung von Halbleitern, Katalysatoren und maßgeschneiderten Nanostrukturen führen, die spezifische Funktionen übernehmen können.
Einblicke in die Nanophysik
Die Freie Universität Berlin ist bekannt für ihre langjährige Expertise in der Nanophysik und Oberflächenphysik. Ihre Forschungsbereiche reichen von der Untersuchung von Molekülen als Schaltern und Nanomotoren bis hin zu niedrigdimensionalen Materialien. Die wissenschaftliche Arbeit konzentriert sich darauf, die quantenmechanischen Effekte in atomaren Systemen zu verstehen und nutzbar zu machen. Dies umfasst unter anderem die Erforschung magnetischer Oberflächen und die Entwicklung funktionalisierter Nanomaterialien mit atomarer Präzision.
Die neuesten Technologien in diesem Bereich, wie Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie, ermöglichen es Forschern, atomare Strukturen präzise zu manipulieren und quantenphysikalische Phänomene eingehend zu untersuchen. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) werden theoretische und experimentelle Forschungen betrieben, um neue Nanosysteme herzustellen und deren Eigenschaften zur Verbesserung elektronischer Bauelemente zu verstehen.
Eine Vielzahl von Lehrveranstaltungen und Seminaren im Bereich Nanophysik bietet Studierenden und Forschern die Möglichkeit, sich mit aktuellen Themen und Methoden auseinanderzusetzen. Diese umfasst auch spezielle Vorlesungen zu fortschrittlichen Techniken wie Elektronenmikroskopie, Röntgenphysik und Quantentechnologien.
Die Entdeckung, dass Magnetismus die atomare Mobilität beeinflussen kann, könnte den Weg für innovative Entwicklungen in der Materialwissenschaft und darüber hinaus ebnen. Die dynamischen Wechselwirkungen zwischen Atomen und magnetischen Oberflächen könnten neue Anwendungen in der Datenspeicherung, Nanotechnologie und Materialentwicklung ermöglichen.
Insgesamt zeigt die Forschung, dass die Richtung und Geschwindigkeit der atomaren Bewegung in der Zukunft wesentlich präziser kontrolliert werden können, was weitreichende Vorteile für die Wissenschaft und Industrie mit sich bringen könnte.
