Kontrolle der opto-magnetischen Eigenschaften von Legierungen durch Laser- und Ionenbestrahlung - COLASION

• Antragsteller: Rantej Bali, Ph.D.; Professor Dr. Alexander Horn
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554722570

Kürzlich wurde beobachtet, dass sowohl die Bestrahlung mit einem einfach gepulsten fs-Laser als auch das Eindringen von Ionen nahezu identische Veränderungen in der Gitterordnung von Legierungen bewirken können, was zur Umwandlung eines ursprünglich ungeordneten Gitters in ein geordnetes Gitter führt. In bestimmten Legierungen, wie dem Prototyp Fe60V40, geht die atomare Neuordnung mit dem Auftreten von Ferromagnetismus einher. Das Projekt COLASION zielt darauf ab, die physikalischen Grenzen und individuellen Vorteile sowohl der laser- als auch der ioneninduzierten atomaren Umordnung umfassend zu charakterisieren und die funktionellen Eigenschaften des ursprünglich ungeordneten Fe60V40 für technische Anwendungen zu kontrollieren. Um dies zu erreichen, werden wir sowohl die Laser- als auch die Ionenbestrahlung untersuchen, indem wir die Bestrahlungsparameter variieren und die Ergebnisse durch Ex-situ- und In-situ-Messtechnik in Verbindung mit Modellierung analysieren. Die Methodik wird wie folgt aussehen: Fe60V40-Filme unterschiedlicher Dicke werden mit Laserstrahlung und Ionenstrahlen mit unterschiedlichen Parametern bestrahlt. Die atomare Neuordnung und die damit einhergehenden magnetischen Effekte werden mit der magneto-optischen Bildgebung sowie der strukturellen und holografischen Bildgebung im Nanobereich charakterisiert. Dies ermöglicht die Bestimmung der Magnetisierungsschwelle in Abhängigkeit von den variierenden Laser-, Ionen- und Probenparametern und damit die Ermittlung der physikalischen und technischen Grenzen für die Erzielung der laserinduzierten Magnetisierung. Die zeitaufgelöste In-situ-Messung und -Modellierung wird weitere Einblicke in die vorübergehenden dynamischen Prozesse liefern, die zur endgültigen neu geordneten atomaren Struktur führen, wie z. B. Erwärmung, Schmelzen, anschließende Abkühlung und Wiedererstarrung. Außerdem werden wir die Möglichkeit untersuchen, die opto-magnetischen Eigenschaften durch sequenzielle und Multipuls-Bestrahlung weiter zu steuern und die sequenzielle Bestrahlung wird uns helfen, die Auswirkungen der Laserbestrahlung auf die opto-magnetischen Eigenschaften von ionenvorbestrahltem Fe60V40 zu untersuchen, um den kombinierten Einfluss beider Behandlungen zu verstehen. Durch den Einsatz von Mehrfachpuls-Laserbestrahlung werden wir die Auswirkungen mehrerer Laserpulse auf laser- und ionenvormagnetisiertes Fe60V40 untersuchen, einschließlich des Potenzials für eine Magnetisierungsumkehr. Unser Ziel ist es, den geeigneten Umordnungsprozess auszuwählen, um die gewünschten funktionellen Eigenschaften zu erreichen, indem wir die räumlichen und zeitlichen Grenzen der laser- und ioneninduzierten Magnetisierung verstehen. Die zeitaufgelösten Messungen und die Modellierung werden ein Licht auf die grundlegenden Prozesse werfen, die zur atomaren Neuordnung und Magnetisierung führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen