Magnetische Nano-Materialien: Selbst-Aggregation und Funktionalität

Ziel des Projektes ist es, magnetische Nanostrukturen mit möglichst hoher magnetischer Anisotropie auf neuartigen Präparationswegen herzustellen. Hierbei werden Wege beschritten, bei denen das komplementäre Know-how der beteiligten Standorte effektiv eingesetzt wird.

In Konstanz wird eine kürzlich entwickelte Methode zur Nanostrukturierung auf der Basis selbst-organisierter Kolloidmonolagen genutzt, um magnetisch hoch anisotrope Multischichten (Co/Pd, Fe/Gd) und Legierungssysteme (FeTb, PtFe) abzuscheiden. Mit diesen so erzeugten halbsphärischen Nanostrukturen lassen sich interessante magnetische Eigenschaften wie Koerzitivfeldstärke, Remanenz und Ummagnetisierungsverhalten gezielt variieren und sich im Detail mittels magnetischer Röntgenmikroskopie (Stuttgart) als Funktion der Partikelgröße, der verwendeten Einzelschichtdicken und ihrer Abhängigkeit von äußeren Parametern (wie Temperatur, angelegtes Magnetfeld) analysieren. Begleitend werden mittels fokussierter Ionenstrahllithographie (Stuttgart) geeignete exakt definierte Teststrukturen hergestellt und entsprechend charakterisiert. Unterstützt werden diese Experimente durch mikromagnetische Simulationen der Domänenstrukturen sowie der Magnetisierungsdynamik (Stuttgart).

In Ulm sollen hoch anisotrope FePt-Nanoteilchen erstmals auf mizellarem Weg präpariert werden, wobei Teilchengröße und Teilchenabstand kontrolliert eingestellt werden können. Größere Teilchenabstände erlauben die vollständige Entfernung der in Zwischenschritten genutzten Polymerhülle, so dass schließlich »nackte« Nanoteilchen zur Verfügung stehen. Ihre strukturellen und magnetischen Eigenschaften lassen sich so unverfälscht von Ligandeneinflüssen bestimmen. Mittels XAS, XMCD (Stuttgart) und Photoemissionsstudien (Ulm) können an diesen hoch verdünnten Systemen deren chemische und magnetische Struktur elementspezifisch untersucht werden.

In Karlsruhe bietet sich mit der Nutzung von Arrays, bestehend aus Aluminiumoxid-Nanoporen, eine attraktive Möglichkeit magnetische Nanostrukturen hoher magnetischer Anisotropie zu erzeugen. Freistehende Lochmasken (cm²) mit Porendurchmessern zwischen 15 und 70 nm lassen sich definiert präparieren. Hierbei ist die hohe Temperaturresistenz des Maskenmaterials von essentieller Bedeutung zur Erzeugung magnetisch hoch anisotroper FePt-Nanostrukturen.