Presseinformation zu Photoanregung in Silberkomplexen mit kooperativen Effekten
Forschern aus dem Transregio-Sonderforschungsbereich „Kooperative Effekte in homo- und heterometallischen Komplexen“ (SFB/TRR 88 „3MET“) gelang es, eine neue Komplexverbindung aus Silber und Wasserstoff (Silberhydrid) herzustellen, die interessante optische Eigenschaften und Reaktivität gegenüber Sauerstoff aufweist. Die Arbeit schaffte es auf das Cover der renommierten Zeitschrift „Chemistry A European Journal“ und trägt zu einem besseren Grundlagenverständnis von „metallophilen Wechselwirkungen“ bei. Damit wird die Ausbildung von Bindungen zwischen geladenen Metall-Atomen (Ionen) bezeichnet, welche bis heute nicht komplett verstanden sind.
Eine strukturelle Analyse der neuen Verbindung zeigt drei Silber-Ionen, welche in einem gleichseitigen Dreieck mit überraschend kurzen intermetallischen Abständen angeordnet sind. Diese ungewöhnliche Struktur wird durch ein negativ geladenes Wasserstoffatom (ein sogenanntes Hydrid) stabilisiert, welches die drei Metallzentren verbrückt. Weiterhin befinden sich jeweils drei Phosphin-Liganden an den Seiten der „Silber-Triangel“ wodurch die Silber-Ionen in räumlicher Nähe „gehalten“ werden.
Der Clou dabei ist: mithilfe von ultravioletter (UV) Laserstrahlung lassen sich die Silberkerne gezielt anregen, was es ermöglicht, die metallophile Wechselwirkung zu verändern und genauer unter die Lupe zu nehmen. Hierzu verwendeten die Wissenschaftler der RPTU (Gruppen um Prof. W. R. Thiel (Anorganische Chemie), PD Dr. C. Riehn und Prof. G. Niedner-Schatteburg (beide Physikalische Chemie) und Prof. R. Diller (Biophysik)) u. a. das Verfahren der Photofragmentations-Spektroskopie, bei der die ionischen Metallkomplexe zunächst in die Gasphase überführt werden und nachfolgend in einem Ionenfallen-Massenspektrometer isoliert und gespeichert werden. Anschließend können die gespeicherten molekularen Ionen mit einem Laser bestrahlt werden, wodurch sie in spezifischer Art und Weise zerstört (= fragmentiert) werden. Die physikalischen Messgrößen sind hierbei die relative Häufigkeit der gebildeten Photofragmente (Bruchstücke) und ihr Masse-zu-Ladungs-Verhältnis in Abhängigkeit der Wellenlänge der eingesetzten Strahlung. Salopp gesagt, die Ionenfalle ist das moderne Reagenzglas der Physikochemiker. In dieser Studie konnte nachgewiesen werden, dass der Beschuss mit UV-Licht einen Elektronentransfer von dem Hydrid zu den Silber-Ionen verursacht, wodurch eine Verstärkung der Silber-Silber-Bindung und die Abspaltung eines Wasserstoffatoms gesteuert werden kann.
In enger Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Karlsruher Institutes für Technologie (KIT, Arbeitskreis Prof. W. Klopper) konnte der Charakter der elektronischen Anregungen und die Struktur des Silberkomplexes mithilfe modernster quantenchemischer Methoden berechnet werden.
Bei der Anwendung einer weiteren Ionenfallen-Technik, bei der ein zusätzliches Elektron auf den gespeicherten Komplex übertragen wird, beobachteten die Wissenschaftler einen überraschenden Effekt: die so gebildeten Radikal-Ionen besitzen eine extrem hohe Reaktivität gegenüber Sauerstoff und lagern ein O2-Molekül an. Dieses Addukt könnte als Modellsystem dienen, um z. B. den Mechanismus von silberkatalysierten Reaktionen näher zu untersuchen. In diesem Zusammenhang ist die silberkatalysierte selektive Epoxidierung von Ethylen zu nennen. Diese stellt ein wichtiges technisches Verfahren zur Herstellung von Ethylenoxid dar, welches z.B. zur Synthese von Ethylenglykol dient.
Im weiteren Rahmen des Sonderforschungsbereichs „3MET“ sollen die hier gewonnenen Erkenntnisse über kooperative intermetallische Wechselwirkungen solcher Metallkomplexe genutzt werden, um z. B. optische aber auch magnetische Moleküleigenschaften zu designen oder (photo-) katalytische Reaktionen gezielt zu steuern.
Originalpublikation: S. V. Kruppa, C. Groß, X: Gui, F: Bäppler, B: Kwasigroch, Y. Sun, R. Diller, W. Klopper, G. Niedner-Schatteburg, C. Riehn, W. R. Thiel, Chem. Eur. J. 2019, 48, 11269-11284, http://doi.org/10.1002/chem.201901981
Die Grafik stellt schematisch die Struktur eines trimetallischen Silberhydrid-Komplexes dar, wobei die Silber-Ionen (metallische Kugeln) durch Phosphin-Liganden (orange-graue Henkel) und ein Hydrid-Ion (rot) in einer dreieckigen Struktur gehalten werden. Durch UV-Laserstrahlung wird eine Elektronenübertragung (e-) ausgelöst, wodurch weitere chemische Prozesse gestartet werden. Die experimentellen Befunde stimmen sehr gut mit quanten-chemischen Rechnungen (symbolisiert durch den Schaltkreis unten rechts) überein.
Fragen beantwortet:
Dr. Christoph Riehn
Lehrgebiet Physikalische Chemie / Theoretische Chemie
Tel.: +49 631/205-4859
E-Mail: riehn[at]chemie.uni-kl.de
ERC Consolidator Grant für 3MET Wissenschaftler
Dr. Mirko Cinchetti wird vom Europäischen Forschungsrat (ERC) mit einer zwei Millionen Euro dotierten Förderung, einem ERC Consolidator Grant, für seine Forschung in den Materialwissenschaften ausgezeichnet. Er stattet Materialien mit neuen Funktionen aus und steuert diese gezielt. Damit könnte künftig etwa das Verarbeiten und Speichern großer Datenmengen schneller werden. Der Physiker hat bis vor Kurzem an der TU Kaiserslautern im Team um Professor Dr. Martin Aeschlimann (Fachbereich Physik, Landesforschungszentrum OPTIMAS und SFB-3MET) gearbeitet. Hier hatte er auch seinen Antrag für die Förderung eingereicht.
Der Physiker arbeitet daran, Materialien mit neuartigen Funktionen auszustatten, um diese gezielt zu kontrollieren. Dazu bringt er magnetische Festkörper mit organischen Molekülen zusammen, wodurch zwischen den beiden Materialien eine Bindung entsteht: Es entwickelt sich eine Grenzfläche. „Die darin enthaltenen Elektronen besitzen einen Eigendrehimpuls, sogenannte Spins, die sich gezielt durch Licht steuern lassen“, sagt Professor Cinchetti. „Auf diese Weise lässt sich auch der Magnetismus des Festkörpers an- und ausschalten.“
Um diese Prozesse zu steuern, setzt der Forscher auf Licht. „Damit kann man die Funktionalität von solchen Grenzflächen äußerst schnell, nämlich in der Dauer einiger sogenannter Femtosekunden, beeinflussen“, erklärt er. In diesem Zeitfenster legt das Licht gerade ein Tausendstel der Dicke eines Haares zurück. In seiner Arbeit untersucht Cinchetti äußerst schnelle Prozesse und nutzt dafür besondere Messmethoden.
Ziel seiner Forschung ist es, nicht nur magnetische Festkörper, sondern auch andere Materialien zu steuern, um diese beispielsweise für das Verarbeiten und Speichern von großen Datenmengen in kurzer Zeit zu nutzen.
Den Antrag für sein Projekt „Coherent optical control of multi-functional nano-scale hybrid units“ (kurz: hyControl) hatte Cinchetti noch vor seinem Ruf nach Dortmund ausgearbeitet und zusammen mit der RPTU eingereicht. Wissenschaftliche Grundlagen für die jetzt ausgezeichnete Forschung hat er im Rahmen der Sonderforschungsbereiche SFB/TRR 88 3MET und SFB/TRR 173 Spin+X erarbeitet. Seit Oktober hat er nun die Professur für Spinphänomene in Festkörpern an der TU Dortmund inne.
ERC Startup Grant für 3MET Nachwuchswissenschaftler
JProf. Dr. Frederic William Patureau von der RPTU wird für seine Arbeiten vom European Research Council mit einem ERC Starting Grant ausgezeichnet. Er erhält dazu in den kommenden fünf Jahren 1,49 Millionen Euro. Der Chemiker und sein Team beschäftigen sich damit, stabile Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen zu aktivieren. Sie suchen neue Wege, um diese oxidativ einfacher zu nützlichen und neuartigen Verbindungen umzusetzen. Bislang ist eine selektive Oxidation, gesteuert durch Aktivierung von C-H-Bindungen, nur mit Hilfe von Metallkomplexen möglich. Die Kaiserlauterer Forscher möchten dazu nun direkt Sauerstoff und das Gas Propen nutzen. Die Industrie könnte mit einem solchen Verfahren deutlich Kosten in der Produktion von Chemikalien einsparen.
Um stabile chemische Bindungen aufzubrechen, braucht es viel Energie. "Zum Einsatz kommen dabei meist Katalysatoren wie zum Beispiel Metallkomplexe, oder wie in 3MET Multimetallkomplexe. Sie setzen die notwendige Energie für den Bindungsbruch herab, wodurch die chemische Reaktionen ablaufen kann", sagt Juniorprofessor Frederic Patureau. Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen sind ein Beispiel hierfür.
Patureau und sein Team möchten bei diesem Prozess neue Wege gehen. "Wir wollen eine Technik entwickeln, bei der wir reinen Sauerstoff als Oxidationsmittel verwenden", sagt der Juniorprofessor. "Bei der Spaltung käme es zu einer sogenannten Redoxreaktion. Der verwendete Sauerstoff dient zur Oxidation der C-H-Bindung und bricht diese auf. Die Elektronen der C-H-Bindung werden dabei zur Reduktion des Sauerstoffs genutzt, in dem Wasserstoff an Sauerstoff bindet".
Für die chemische Industrie wird die Technik von besonderem Interesse sein, da bei der Produktion von verschiedenen Chemikalien die C-H-Aktivierung eine große Rolle spielt. Unternehmen könnten dadurch künftig Kosten einsparen. Als Abfallprodukt entsteht hierbei außerdem nur Wasser, das nicht teuer entsorgt werden muss.
Die EU unterstützt dieses Vorhaben nun mit einem ERC Starting Grant für die kommenden fünf Jahre. Damit ist Patureau bereits der sechste Wissenschaftler an der TU, dessen Forschungsarbeiten mit einem ERC Grant gewürdigt werden.
Fragen beantwortet:
Juniorprof. Dr. Frederic Patureau, Fachbereich Chemie/TU Kaiserslautern, Tel.: 0631/205-5296, E-Mail: patureau[at]chemie.uni-kl.de
3MET Conference
The interdisciplinary Collaborative Research Center (CRC/SFB) 3MET.de hosted at the RPTU Kaiserslautern-Landau from the 5th till 7th of October the 3rd international "Conference on Bimetallic Complexes" as sequel of a series of conferences in the research area of multimetallic complexes. From around the world 120 participants contributed to lectures, poster sessions and discussions. The conference was organized by the speaker of the CRC Gereon Niedner-Schatteburg (Kaiserslautern). The focus of the conference was on basic research and applications of molecular systems with two or more metal centers. Cooperative effects between metal atoms were reported to achieve new applications in magnetism (switches and devices), spintronics (Grovers algorithm), luminescence (OLED, NLO), spectroscopy (new methods) and catalysis (dinitrogen fixation, C-N bond formation). The nine sessions were introduced by keynote lectures with two subsequent oral presentations to research achievements. Keynote lectures were given by Rhett Kempe (Bayreuth), Matthias Tamm (Braunschweig) and Paul Chirik (Princeton) on catalysis, Jürgen Heck (Hamburg), Jeffrey Long (Berkeley), Wolfgang Wernsdorfer (KIT) and Birgit Weber (Bayreuth) on magnetism and optical properties of complexes, Evan Williams (Berkeley) and Roland Mitric (Würzburg) on gas phase spectroscopy and theory of optical transitions in multinuclear complexes. These keynote lectures allowed a multidisciplinary audience a greater overview on complex reseach projects. In total 28 lectures and 52 posters were presented.
Talks on magnetic properties of multimetallic complexes revealed new methods for calculations of magnetic anisotropy, synthesis and use of spin-crossover complexes and on the possibility to connect nuclear magnetic and electron spin information in modern quantum computing devices. Further methods for synthesis of molecular bar-magnets, multinuclear ring complexes and their properties were presented. Novel synthesis methods and properties of di- and oligonuclear copper complexes for luminescence applications were presented along photophysical measurements and theoretical calculations on excited states and life-times. Activation of dinitrogen by dinuclear complexes as well as complexation and activation of small molules (i.e. SO2, N2, CO2) were further highlights of the conference.
Neue Konzepte zu Kooperativität
Neuer Zugang zu kooperativen Effekten in optischen Spektren oligonuklearer Übergangsmetallkomplexe. In der Chemie sind kooperative Effekte zwar allgegenwärtig aber bisher kaum quantitativ zu erfassen. Hier ist Karlsruher Chemikern im von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Sonderforschungsbereich/Transregio 3MET zwischen der RPTU und dem Karlsruher Institut für Technologie ein Durchbruch gelungen. In der Januar-2016-Ausgabe der WILEY-VCH-Zeitschrift ChemPhysChem haben sie ein neues Konzept zur quantitativen Bestimmung von kooperativen Effekten in optischen Spektren vorgestellt. Ihre Arbeit wurde von der ChemPhysChem-Redaktion als „Very Important Paper“ ausgezeichnet, und ihr neuer Ansatz erlaubt erstmals die Erfassung und Visualisierung kooperativer Effekte durch eine Vielkörperentwicklung der Spektren nach Substitution von einem, zwei und drei Metallatomen im betreffenden Übergangsmetallkomplex. Das neue Konzept wird in der Publikation durch quantenchemische Berechnungen illustriert und die 3MET-Forscher an beiden Standortden arbeiten jetzt mit Hochdruck an der entsprechenden experimentellen Quantifizierung von kooperativen Effekten.
Weitere Informationen: J. Chmela et al., ChemPhysChem2016, 17, 37-45.
DOI: 10.1002/cphc.201500626.
Verlängerung SFB 3MET
Die DFG teilte am Donnerstag mit, dass der SFB-Bewilligungsausschuss die Verlängerung des Transregio Sonderforschungsbereichs „3MET“ (TRR88) um weitere vier Jahre beschlossen hat (2015-2018) -- nach einer erfolgreichen ersten Antragsperiode. Der SFB wird gemeinsam durch Chemiker und Physiker an der RPTU und dem KIT vorangetrieben – wobei beide Orte personell und finanziell ungefähr gleichen Anteil daran haben. Ziel des SFBs ist es neuartige Mehrzentrenmetallkomplexe herzustellen und diese hinsichtlich der Auswirkungen der Metallzentrenkopplung auf magnetische, katalytische und optische Eigenschaften hin zu untersuchen. Das Gesamtantragsvolumen beträgt ungefähr 2 Mio € pro Jahr. Erschienen u.a. in der Rheinpfalz 25.11.2014, Nachrichten-kl.de, ...
Ein weiterer Artikel dazu ist in der Rheinpfalz am 3.12.2014 erschienen.
CO2 als Kohlenstoffquelle
In einem kürzlich erschienenen Artikel (Chem. Eur. J. 19, 7825-7834 (2013)) wird die Entwicklung eines neuen effizienten Ru-Katalysators zur homogenen Hydrogenierung von Kohlenstoffdioxid von Forschungsgruppen in 3MET, Optimas und NanoKat beschrieben. Wichtig hierbei ist auch die Ligandumgebung und deren Einflüsse auf die Katalyse. Für weitere Informationen kann hier
Strominduziertes Schalten an einem Komplex
Wissenschaftler des 3MET ist es gelungen den Spinzustand in einem einzelnen dinuklearen Kobaltkomplex zu schalten. Dazu wurde der Komplex zwischen zwei Elektroden plaziert und der Spinzustand mittels eines angelegten Stroms an und ausgeschaltet. Diese Ergebnisse wurden in der renommierten Zeitschrift Nature Nanotechnology kürzlich veröffentlicht. dx.doi.org/10.1038/nnano.2013.133
Weitere Informationen können der Presseinformation des KIT entnommen werden.
Interview mit 3MET Doktorandin
Im Rahmen einer Auswahl von Nachwuchswissenschaftlern zur Teilnahme an der 63. Lindauer Nobelpreisträgertagung vom 30. Juni bis 5. Juli 2013 wurde Jennifer Meyer aus dem Transregio 3MET eingeladen.
http://www.uni-kl.de/aktuelles/news/article/zwei-nachwuchswissen/
In einer kürzlich erschienenen Ausgabe des Scientific American wurde Jennifer Meyer im Rahmen von ausgewählten 30 Jungwissenschaftlern interviewed. Das Interview kann hier gelesen werden.
Presseinfo 3/2013
In der Gruppe von Mario Ruben (Teilprojekt C5) konnte ein Phtalocyanin-Terbium Komplex auf eine Kohlenstoffnanoröhre zwischen zwei Elektroden mit einem Abstand von ca. 1µm prepariert werden. Die Elektrischen- und Schwingungseigenschaften der Nanoröhre werden dabei verändert. Wenn ein Magnetfeld angelegt wird, so verändert sich diese Eigenschaften in Abhängigkeit von der Richtung des angelegten magnetfeldes. Somit kann eine Veränderung des Spins der Elektronen, die sich im Magnetfeld ausrichten, durch Veränderungen in den Eigenschaften gemessen werden. Über dieses Projekt ist in der Februar Ausgabe der renommierten Zeitschrift Nature Nanotechnologydx.doi.org/10.1038/nnano.2012.258 berichtet worden.
Pressemitteilung 2/2013
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 RPTU 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
Pressemitteilung 10/2012
Der interdisziplinäre Transregio-SFB 3MET veranstaltete an der RPTU 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 RPTU 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.)
Highlight Article 08/2012
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.
Nature2012, 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/
News&Views
Zu dem Artikel
M. Urdampilleta, S. Klyatskaya, J-P. Cleuziou, M. Ruben, W. Wernsdorfer
Supramolecular spin valves
Nature Materials2011, 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
Brennpunkt Artikel
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
Pressemitteilung 14.5.2012
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 RPTU 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.
Pressemitteilung 2.2.2012
Chemische Prozesse in Zeitlupe untersuchen
Der Transregio-Sonderforschungsbereich 3MET erhält am Standort RPTU 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 RPTU 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)