Direkt zum Inhalt
  • Paul Scherrer Institut PSI
  • PSI Research, Labs & User Services

Digital User Office

  • Digital User Office
  • DE
  • EN
  • FR
Paul Scherrer Institut (PSI)
Suche
Paul Scherrer Institut (PSI)

Hauptnavigation

  • Unsere ForschungÖffnen dieses Hauptmenu Punktes
    • Aktuelles aus unserer Forschung
    • Zukunftstechnologien
    • Energie und Klima
    • Health Innovation
    • Grundlagen der Natur
    • Grossforschungsanlagen
    • Broschüren
    • 5232 — Das Magazin des Paul Scherrer Instituts
    • Research Divisions & Labs (only english)
  • IndustrieÖffnen dieses Hauptmenu Punktes
    • Übersicht
    • Technologietransfer
    • Kompetenzen
    • Spin-off-Firmen
    • Park Innovaare
  • Protonentherapie Öffnen dieses Hauptmenu Punktes
    • Übersicht
    • Arzt & Patienten Information
  • KarriereÖffnen dieses Hauptmenu Punktes
    • Übersicht
    • Stellenangebote
    • Arbeiten am PSI
    • Personalpolitik
    • Chancengleichheit, Diversität & Inklusion
    • Aus- und Weiterbildung
    • Berufsbildung / Lehrstellen
    • PSI Bildungszentrum
    • Career Center
    • Förderprogramm "PSI Career Return Program"
    • PSI-FELLOW/COFUND
  • Besuch am PSIÖffnen dieses Hauptmenu Punktes
    • Übersicht
    • Besucherzentrum psi forum
    • Schülerlabor iLab
    • Veranstaltungen am PSI
    • Der Weg zu uns
  • Über das PSIÖffnen dieses Hauptmenu Punktes
    • Das PSI in Kürze
    • Strategie
    • Leitbilder
    • Zahlen und Fakten
    • Organisation
    • Für die Medien
    • Für Lieferanten
    • Für Kunden (E-Billing)
  • DE
  • EN
  • FR

Digital User Office (mobile)

  • Digital User Office

Sie befinden sich hier:

  1. PSI Home
  2. Unsere Forschung
  3. Aktuelles aus unserer Forschung
  4. Winzige Magnete imitieren Dampf Wasser und Eis

Sekundäre Navigation

Unsere Forschung

  • Aktuelles aus unserer Forschung Ausgeklappter Submenü Punkt
    • Zukunftstechnologien
    • Energie und Klima
    • Health Innovation
    • Grundlagen der Natur
    • ESI-Plattform
    • Grossforschungsanlagen
    • Projekt SLS 2.0
    • Themenübersicht
    • Archiv
  • 5232 — Das Magazin des Paul Scherrer Instituts
    • Kontakt/Redaktion
  • Broschüren
  • Filme
    • Virtuelle Tour
  • Social Media
    • PSI-Netiquette
  • Für die Medien
    • Medienmitteilungen
×

Info message

Dies ist ein Text aus dem PSI-Medien-Archiv. Die Inhalte sind möglicherweise veraltet.
21. September 2015

Winzige Magnete imitieren Dampf, Wasser und Eis

Medienmitteilungen Materialforschung Zukunftstechnologien Forschung mit Myonen Mikro- und Nanotechnologie

Aus einer Milliarde winziger Magnete haben Forschende am Paul Scherrer Institut PSI ein künstliches Material erschaffen, ein sogenanntes Metamaterial. Überraschenderweise zeigt sich nun, dass seine magnetischen Eigenschaften sich je nach Temperatur ändern, so dass es verschiedene Zustände einnehmen kann; ähnlich wie Wasser einen gasförmigen, flüssigen und festen Zustand hat. Dieses Material aus Nano-Magneten liesse sich womöglich für elektronische Anwendungen der Zukunft – beispielsweise zur effizienteren Informationsübertragung – weiterentwickeln.

PSI-Forschende haben ein magnetisches Metamaterial aus länglichen Nanomagneten erschaffen, die als flaches, wabenförmiges Muster angeordnet sind. Die Ordnung der Magnetisierung des künstlichen Materials nahm bei verschiedenen Temperaturen deutlich verschiedene Zustände ein - ähnlich wie Moleküle im Eis geordneter sind als im Wasser und darin wiederum geordneter als im Dampf. (Bild:PSI/Luca Anghinolfi)
PSI-Forschende haben ein magnetisches Metamaterial aus länglichen Nanomagneten erschaffen, die als flaches, wabenförmiges Muster angeordnet sind. Die Ordnung der Magnetisierung des künstlichen Materials nahm bei verschiedenen Temperaturen deutlich verschiedene Zustände ein - ähnlich wie Moleküle im Eis geordneter sind als im Wasser und darin wiederum geordneter als im Dampf. (Bild:PSI/Luca Anghinolfi)

Ein künstliches Material – erschaffen aus einer Milliarde Nanomagnete – nimmt je nach Temperatur verschiedene Aggregatzustände ein: Ähnlich wie die Übergänge zwischen Dampf, Wasser und Eis zeigt auch das sogenannte Metamaterial Phasenübergänge. Diesen Effekt haben Forschende um Laura Heyderman vom PSI beobachtet. Wir waren überrascht und begeistert, erklärt Studienleiterin Heyderman. Denn nur komplexe Systeme können Phasenübergänge aufweisen. Zugleich können komplexe Systeme zu neuen Arten der Informationsübertragung dienen. Das neue Studienergebnis zeigt also: Das Metamaterial der PSI-Forschenden wäre ein potentieller Kandidat hierfür.

Der grosse Vorteil des künstlichen Metamaterials ist, dass es sich beinahe beliebig massschneidern lässt. Während sich die einzelnen Atome in einem natürlichen Material nicht in diesem grossen Stil punktgenau neu anordnen lassen, ist mit den Nano-Magneten genau das möglich, so die Forschenden.

Wabenmuster aus Nanomagneten

Ihre einzelnen Magnete haben in etwa die längliche Form eines Reiskorns und sind nur 63 Nanometer lang. Mit einer hochentwickelten Technik platzierten die Forschenden eine Milliarde dieser winzigen Stäbchen als grossflächiges Bienenwaben-Muster auf einem flachen Untergrund. Insgesamt bedeckten die Nano-Magnete so eine Fläche von gerade einmal fünf mal fünf Millimetern.

Mit einer speziellen Messtechnik betrachteten die Wissenschaftler das kollektive magnetische Verhalten ihres Metamaterials zunächst bei Raumtemperatur. Hier gab es keine Ordnung in der magnetischen Ausrichtung: Wild durcheinander zeigten magnetische Nord- und Südpole in die eine oder andere Richtung.

Als die Forschenden jedoch langsam und kontinuierlich das Metamaterial kühlten, erreichten sie einen Punkt, an dem eine höhere Ordnung eintrat: Die winzigen Magnete beachteten einander nun stärker als zuvor. Mit weiter sinkender Temperatur kam es nochmals zu einer plötzlichen Änderung hin zu noch höherer Ordnung, die zudem fast wie eingefroren wirkte. Ganz ähnlich erhöht sich die weitreichende Ordnung der Wassermoleküle in dem Moment, in dem Wasser zu Eis gefriert. Dass auch unser künstliches Material dieses ganz alltägliche Phänomen eines Phasenübergangs zeigt, hat uns fasziniert, so Heyderman.

Das Metamaterial lässt sich massschneidern

Als nächsten Schritt könnten die Forschenden Einfluss auf diese magnetischen Phasenübergänge nehmen, indem sie die Grösse, Form und Anordnung der Nanomagnete verändern. Dies ermöglicht die Erschaffung neuer Materiezustände, die auch zu Anwendungen führen könnten: Das besondere ist: Mit massgeschneiderten Phasenübergängen liessen sich Metamaterialien in Zukunft gezielt für verschiedene Bedürfnisse anpassen, erklärt Heyderman.

Laura Heyderman, Forscherin am PSI und ETH Zürich-Professorin, im Gespräch mit Peter Derlet von der Forschungsgruppe Therorie der Kondensierten Materie am PSI. (Bild: PSI/Markus Fischer)
Laura Heyderman, Forscherin am PSI und ETH Zürich-Professorin, im Gespräch mit Peter Derlet von der Forschungsgruppe Therorie der Kondensierten Materie am PSI. (Bild: PSI/Markus Fischer)

Neben dem möglichen Einsatz in der Informationsübertragung könnte das Metamaterial sich auch in der Datenspeicherung als nützlich erweisen; oder auf Sensoren, die Magnetfelder nachweisen. Ganz allgemein könnte es in der Spintronik zum Einsatz kommen, also in einer zukunftsträchtigen Weiterentwicklung der Elektronik für neuartige Computertechnik.

Die Messungen, mit denen die Forschenden die magnetische Ausrichtung der Nano-Magnete und damit die Eigenschaften des Metamaterials messbar machten, lassen sich ausschliesslich am PSI durchführen. Die weltweit einmaligen Apparaturen der SμS liefern Strahlen aus exotischen Elementarteilchen namens Myonen, die sich zur Untersuchung nanomagnetischer Eigenschaften nutzen lassen. Die Studie fand in Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe um Stephen Lee von der Universität St Andrews, Schottland, statt.

Text: Paul Scherrer Institut/Laura Hennemann


Über das PSI

Das Paul Scherrer Institut PSI entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Materie und Material, Energie und Umwelt sowie Mensch und Gesundheit. Die Ausbildung von jungen Menschen ist ein zentrales Anliegen des PSI. Deshalb sind etwa ein Viertel unserer Mitarbeitenden Postdoktorierende, Doktorierende oder Lernende. Insgesamt beschäftigt das PSI 1900 Mitarbeitende, das damit das grösste Forschungsinstitut der Schweiz ist. Das Jahresbudget beträgt rund CHF 380 Mio.

(Stand 04/2015)

Weiterführende Informationen
Micro- und Nanotechnologie
Forschung mit Myonen
Kontakt / Ansprechpartner
Prof. Dr. Laura Heyderman, Labor für Mikro- und Nanotechnologie, Paul Scherrer Institut,
Telefon: +41 56 310 2613, E-Mail: laura.heyderman@psi.ch [Deutsch, Englisch]

Dr. Hubertus Luetkens, Labor für Myonspin-Spektroskopie, Paul Scherrer Institut,
Telefon: +41 56 310 4450, E-Mail: hubertus.luetkens@psi.ch [Deutsch, Englisch]
Originalveröffentlichung
Thermodynamic phase transitions in a frustrated magnetic metamaterial
L. Anghinolfi, H. Luetkens, J. Perron, M.G. Flokstra, O. Sendetskyi, A. Suter, T. Prokscha, P.M. Derlet, S.L. Lee, and L.J. Heyderman,
Nature Communications 21 September 2015
DOI: 10.1038/ncomms9278

Mit Sidebar

01/2023

5232 — Das Magazin des Paul Scherrer Instituts

01/2023
Öffnen in issuu.com
Herunterladen
Magazin abonnieren

Follow PSI

 Twitter
 LinkedIn
 Youtube
 Facebook
 Instagram

Alle Social Media Kanäle


Besucherzentrum psi forum

Forschung live erleben


Schülerlabor iLab

Erlebnis Wissenschaft - Abenteuer Forschung

top

Fussbereich

Paul Scherrer Institut

Forschungsstrasse 111
5232 Villigen PSI
Schweiz

Telefon: +41 56 310 21 11
Telefax: +41 56 310 21 99

Der Weg zu uns
Kontakt

Besucherzentrum psi forum
Schülerlabor iLab
Zentrum für Protonentherapie
PSI Bildungszentrum
PSI Guest House (in english)
PSI Gastronomie
psi forum-Shop

 

Service & Support

  • Telefonbuch
  • User Office
  • Accelerator Status
  • Publikationen des PSI
  • Lieferanten
  • E-Rechnung
  • Computing
  • Sicherheit

Karriere

  • Arbeiten am PSI
  • Stellenangebote
  • Aus- und Weiterbildung
  • Career Center
  • Berufsbildung
  • PSI Bildungszentrum

Für die Medien

  • Das PSI in Kürze
  • Zahlen und Fakten
  • Mediacorner
  • Medienmitteilungen
  • Social Media

Folgen Sie uns: Twitter (deutsch) LinkedIn Youtube Facebook Instagram Issuu RSS

Footer legal

  • Impressum
  • Nutzungsbedingungen
  • Editoren-Login