FOR 945: Nanomagnete: von der Synthese über die Wechselwirkung mit Oberflächen zur Funktion
Informatik, System- und Elektrotechnik
Mathematik
Physik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Forschergruppe hatte sich als Ziel gesetzt, Nanomagnete zu synthetisieren und zu optimieren, die Wechselwirkung der Nanomagnete mit ihrer Umgebung zu studieren, ihr Deponierungsverhalten auf Oberflächen zu untersuchen und die deponierten Nanomagnete bezüglich ihrer Wechselwirkung mit der Oberfläche zu untersuchen. Diese Ziele hat die Forschergruppe erfolgreich erreicht. So wurden die Einzelmolekülmagnete [Mt6Mc]n+ auf Tripelsalenbasis experimentell und theoretisch intensiv untersucht. Der Einfluss der Umgebung im Festkörper stellte sich als ausschlaggebend für das Quantentunneln der Magnetisierung heraus. Diese Erkenntnisse konnten für ein crystal engineering genutzt werden, wodurch das Quantentunneln der Magnetisierung nun fast vollständig unterdrückt werden kann. Diese Einzelmolekülmagnete wurden durch verschiedene Methoden auf Oberflächen deponiert und mit physikalischen Methoden untersucht. So konnten die Einzelmolekülmagnete sowohl einzeln als auch in 2D-periodischer Anordnung deponiert werden. Es zeigte sich jedoch eine Reduktionsneigung der MnIII-Ionen durch die Oberfläche. Die Einführung einer hohen negativen Ladung durch schwach koordinierende Anionen führte nicht zu einer verringerten Reduktion der MnIII- zu MnII-Ionen. Weiterhin wurden neue magnetische Nanopartikel hergestellt und bezüglich ihres magnetischen Verhaltens und des Elektronentransportes auf Oberflächen untersucht. Es konnten einzelne Co-Nanopartikel mithilfe eines elektrischen Rasterkraftmikroskops analysiert und strominduzierte Änderungen der Oxidhülle nachgewiesen werden. Die magnetischen Eigenschaften neuer Cobalt-Samarium-Nanopartikel zeigten sehr vielversprechende erste Ergebnisse. Die Wechselwirkung der magnetischen Nanopartikel miteinander wurde experimentell und theoretisch untersucht. Für die Wechselwirkung von magnetischen Momenten auf Oberflächen mit den elektronischen Zuständen der Oberfläche wurde ein neuer theoretischer Ansatz entwickelt, der die Hybridisierung der magnetischen Momente mit der Oberfläche über eine Austauschwechselwirkung beschreibt. All diese Arbeiten führen zu dem prinzipiellen Erkenntnisgewinn, dass Nanomagnete stark mit ihrer Umgebung wechselwirken, wodurch ihre Eigenschaften beeinflusst werden, so dass Nanomagnete nicht von ihrer Umgebung isoliert betrachtet werden können. Diese Ergebnisse führen zur Formulierung neuer Fragestellungen: Wie kann die Wechselwirkung von Nanomagneten mit ihrer Umgebung gezielt zur positiven Beeinflussung der Eigenschaften genutzt werden, wie kann starke Hybridisierung mit der Oberfläche bis hin zum Elektronentransfer unterdrückt werden, wie können Nanomagnete gezielt 2D-geordnet angeordnet werden und wie kann die Spininformation molekular ausgelesen werden. Die Forschergruppe hat drei große internationale Symposien in Bielefeld veranstaltet, um sich einerseits der wissenschaftlichen Fachöffentlichkeit vorzustellen und andererseits einen stimulierenden Überblick über den aktuellen Stand der Forschung auf dem Gebiet der Nanomagnete von international führenden Experten zu erhalten. Die Forschergruppe konnte den wissenschaftlichen Nachwuchs in seiner gesamten Breite fördern. So haben junge Nachwuchswissenschaftler ihren Karriereweg im Rahmen von Habilitationen erfolgreich innerhalb der Forschergruppe beschritten. Für den promovierenden wissenschaftlichen Nachwuchs wurde ein Qualifikationsprogramm im Rahmen des interdisziplinären Graduiertenmoduls „Chemie und Physik des Magnetismus“ durchgeführt. Begleitend zur gelebten, interdisziplinären wissenschaftlichen Zusammenarbeit wurde den Promovierenden somit ein breiteres fachliches Fundament vermittelt. Des Weiteren hat dieses interdisziplinäre Graduiertenmodul die Kommunikationsfähigkeit der Promovierenden über ihr Spezialgebiet hinaus gefördert.
