Nano-Magnetometrie mit koresonant gekoppelten mechanischen Oszillatoren

• Antragsteller: Dr. Thomas Mühl
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408021792

Dynamische Cantilever-Magnetometrie ist eine Methode zur magnetischen Charakterisierung von sehr kleinen Proben mit Hilfe eines mikroskopischen Federbalkens (Cantilevers), der resonante Biegeschwingungen ausführt. Die Probe befindet sich dabei am freien Ende des Cantilevers. Magnetostatische Interaktionen zwischen der Probe und einem äußeren Magnetfeld führen zu Änderungen im Oszillationsverhalten des Cantilevers. Wir haben kürzlich ein Konzept für hochempfindliche magnetische Sensoren auf der Basis von gekoppelten Cantilevern entwickelt. Die beiden miteinander gekoppelten Teilsysteme sind hinsichtlich ihrer Masse und Federkonstanten extrem unterschiedlich (beispielsweise Mikro-Cantilever und Nanodraht), zeigen aber im Fall von ähnlichen oder gleichen Eigenfrequenzen (= "ko-resonant") starke Kopplungsphänomene. Auf diese Weise kann die hohe Empfindlichkeit eines Nanodraht-Sensors kombiniert werden mit konventionellen Detektionsmöglichkeiten für wesentlich größere Mikro-Cantilever. Im vorliegenden Projekt sollen entsprechende gekoppelte Cantilever-Nanodraht-Systeme modelliert, präpariert und umfassend charakterisiert werden. Solche Biegeschwingungssysteme sollen dann als Cantilever-Magnetometer für die Untersuchung nanoskaliger Proben wie endohedralen Fullerenen in der Form von kleinen Einkristallen eingesetzt werden. Außerdem sollen die gekoppelten Cantilever-Systeme benutzt werden, um periodische, hysteretische Ummagnetisierungsprozesse in eindomänigen Magneten mechanisch zu induzieren und gleichzeitig zu detektieren, wobei ein konstantes externes Magnetfeld senkrecht zur leichten Achse des Magneten angelegt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen