Physik - Technische Universität Braunschweig

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12 Institut für Physik der Kondensierten Materie Arbeitsgruppe Prof. Dr. Jochen Litterst In unserer AG werden elektronische und magnetische Eigenschaften von komplexen Oxiden, Sulfiden und intermetallischen Verbindungen studiert. Die dabei eingesetzten Untersuchungsmethoden sind in erster Linie so genannte nukleare Sondenmethoden. Das sind Methoden, bei denen bestimmte Atomkerne oder implantierte Elementarteilchen (z.B. positiv geladene Myonen µ+) als „Spione“ im betreffenden Material dienen, ohne jedoch das Material in seinen Eigenschaften wesentlich zu beeinflussen. Die Sonden liefern Informationen mit hoher Sensitivität über chemische und physikalische Eigenschaften ihrer nächsten Umgebung. So werden die Ursachen für makroskopisch messbare Materialeigenschaften besser verstanden, was zur gezielten Verbesserung und der Neuentwicklung von Materialien dienen kann. Im Zentrum unseres Interesses stehen zurzeit Nanoteilchen und niederdimensionale Strukturen für pharmazeutische und technologische Anwendungen. In Abhängigkeit von der Größe, der Zusammensetzung und Strukturierung der Teilchen wird die Wechselwirkung der Teilchen untereinander in verschiedenen Umgebungen und deren Einfluss auf elektrische Eigenschaften untersucht. Auch zum besseren Verständnis von Details im Verlauf der chemischen Herstellung von Nanoteilchen werden Experimente durchgeführt. Ziel ist, diese Prozesse und die Qualität der Teilchen zu optimieren. Die Arbeiten zu den komplexen Oxiden und Sulfiden sowie den intermetallischen Verbindungen befassen sich mit deren zum Teil ungewöhnlichen magnetischen und elektronischen Zuständen, deren Existenz erst seit einigen Jahren bekannt ist. Das Auftreten dieser Zustände reagiert extrem empfindlich auf geringe Abweichungen in der chemischen Zusammensetzung, der Struktur sowie von Temperatur, Druck und der Beschaffenheit angelegter Magnetfelder. Gerade nukleare Sondenmethoden sind zur Aufklärung vieler noch rätselhafter Eigenschaften dieser Verbindungen geeignet. Die Experimente werden zum Teil in den Labors der TUBS für Mössbauerspektroskopie, zum Teil an Teilchenbeschleunigern, wie dem des Paul Scherrer Instituts (Schweiz) für Myonenspinrotationsexperimente (µSR), in Zusammenarbeit mit anderen Braunschweiger Arbeitsgruppen und diversen internationalen Forschergruppen aus Brasilien, Frankreich, Italien, Russland und der Schweiz durchgeführt. Ein weiteres Arbeitsfeld der AG Litterst befasst sich mit der Kulturgeschichte der Physik und physikalisch-philosophischen Fragestellungen. Dies geschieht in enger Zusammenarbeit mit der Fakultät für Geistes- und Erziehungswissenschaften der TUBS. Mössbauerspektrometer mit Tieftemperaturinstallation für Experimente zwischen -271°C und Raumtemperatur. GPS-Myonenspektrometer am Paul Scherrer-Institut, Schweiz www.ipkm.tu-bs.de
13 Institut für Physik der Kondensierten Materie Arbeitsgruppe Priv.-Doz. Dr. Dirk Menzel Die moderne Festkörperphysik liefert die Grundlagen für zahlreiche Innovationen in unserer heutigen, technikorientierten Gesellschaft. Magnetische Eigenschaften spielen hierbei eine herausragende Rolle, da sie in den verschiedensten technologischen Bereichen genutzt werden. Beispielsweise wird in Computer-Festplatten die Information magnetisch gespeichert. Aber auch das Auslesen der Daten funktioniert mit magnetoresistiven Sensoren, in denen die Orientierung der Magnetisierung direkt elektronisch erfasst werden kann. Für medizinische Anwendungen sind wiederum magnetische Nanopartikel von großem Interesse, mit deren Hilfe zum Beispiel Krebserkrankungen durch das Verfahren der Hyperthermie behandelt werden können. In der Arbeitsgruppe werden die magnetischen Eigenschaften von solchen Materialien mit Hilfe der hochempfindlichen SQUID-Magnetometrie untersucht. Im Vordergrund stehen dabei Systeme mit außergewöhnlichen Spinstrukturen, wie zum Beispiel den sogenannten „Skyrmionen“, aber auch Arbeiten an Eisenoxid-Nanoteilchen oder magnetischen Molekülen. Dabei gibt es innerhalb der TU Braunschweig eine enge Vernetzung mit den Ingenieurwissenschaften und der Chemie, aber auch eine Reihe internationaler Kooperationen. Zur Herstellung der magnetischen Materialien stehen verschiedene Präparationsmethoden zur Verfügung. Zum einen werden für die Erforschung der intrinsischen Eigenschaften von Materialien möglichst perfekte Einkristalle benötigt, die aus der Schmelze gezogen werden. Zum anderen werden magnetische Verbindungen unter sehr kontrollierten Bedingungen in Form dünner Filme auf atomarer Skala mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie hergestellt. Auf diese Weise lassen sich die magnetischen Eigenschaften gezielt modifizieren. Das auf Quanteninter ferenz basierende SQUID-Magnetometer ermög licht es, Magnetisierungen höchst empfindlich zu messen. In manchen Materialien bilden sich ungewöhnliche Spinstrukturen aus. Im Mangansilizid z.B. findet man diese sog. "Skyrmionen". Ein Einkristall (oben, rötlich) wird langsam aus der Schmelze (unten, gelb) gezogen. Kleines Bild: fertiger Kristall. Arbeit an der Molekularstrahlepitaxie-Anlage zur Herstellung atomar dünner magnetischer Filme. www.ipkm.tu-bs.de
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