Kryogenfreies 14 T Kryostatsystem zur magnetischen, thermischen und elektrischen Charakterisierung

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570052800

Bei dem beantragten Großgerät handelt es sich um einen kryogenfreies top-loading Kryostatsystem, welches in der beantragten Konfiguration für Magnetometriemessungen einen Temperaturbereich von 1,8 K bis 1000 K sowie das Anlegen eines homogenen Magnetfeldes von ±14 T an der Probenposition ermöglicht. Es ist als Baukastensystem konzipiert und kann durch wechselbare Einsätze (Optionen) für eine Vielzahl von Messmethoden verwendet werden, wobei auch die Nutzung von selbstgebauten Einsätzen und Aufbauten möglich und vorgesehen ist. Für unsere Anwendungen ist die Ausrüstung mit einem Vibrationsmagnetometer (VSM) entscheidend, welches die umfassende Charakterisierung magnetischer Eigenschaften (u.a. magnetisches Moment) z.B. von Dünnschicht- und Pulverproben in einem hohen maximalen Magnetfeld von 14 T ermöglicht. Für die Untersuchung von komplexen Probensystemen ist sowohl die höchste Feldstärke von 9 T, die mit den aktuell vorhandenen Geräten erreicht wird, als auch zeitliche Kapazität an den bestehenden Messgeräten nicht mehr ausreichend. Durch unsere Projektleitungen in drei Sonderforschungsbereichen (SFBs), mehreren Einzelprojekten und Kooperationsnetzwerken besteht dringender Bedarf an hochpräziser magnetischer Charakterisierung einer großen Probenzahl, wie z.B. bei der vergleichenden Studie von Materialien für die Katalyse im CRC/TRR 247 „Heterogeneous Oxidation Catalysis in the Liquid Phase“. Hier gibt es einen großen Bedarf an Messungen bei Magnetfeldern höher als 9 T, um die zunehmend cobaltreichen Spinelle trotz ihrer partiell antiferromagnetischen Ordnung durch das Anlegen von bis zu 14 T in Sättigung untersuchen zu können. Im CRC/TRR 270 HoMMage „Hysteresis Design of Magnetic Materials for Efficient Energy Conversion“ wird das Verhalten von anwendungsorientierten magnetischen Funktionsmaterialien untersucht. Unsere Messungen sind zentral für diese Forschung im CRC/TRR 270, in dem die magnetische Kühlung ein Schwerpunkt ist. Hierfür beantragen wir einen VSM-Ofen (bis 1000 K) und die Option zur Messung der Wärmekapazität, welche ein entscheidender Parameter bei der Optimierung der magnetokalorischen Materialsysteme ist. Mit der wichtigen Option für AC-Suszeptometrie soll das beantragte Gerät auch unser 30 Jahre altes SQUID Magnetometer ersetzen, welches aufgrund des hohen Heliumverbrauchs den aktuellen Nachhaltigkeitsgrundsätzen widerspricht. Ausführliche AC-Messungen wurden im aktuell laufenden DFG-Projekt „Orientierungsphänomene in magnetischen Flüssigkristall-Hybridmaterialien“ zur Charakterisierung von dynamischen Effekten in Ferrofluiden und -gelen durchgeführt. Es sind zudem durch eine Modifikation des Geräts Messungen des konversen magnetoelektrischen Effektes durchführbar, bei denen wir auf unsere Ergebnisse und Erfahrungen in der Forschergruppe FOR 1509 aufbauen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Kryogenfreies 14 T Kryostatsystem zur magnetischen, thermischen und elektrischen Charakterisierung
• Gerätegruppe: 8550 Spezielle Kryostaten (für tiefste Temperaturen)
• Antragstellende Institution: Universität Duisburg-Essen
• Leiter: Professor Dr. Heiko Wende