Kryogenfreies 14 Tesla Magnetsystem für Mikrowellenspektroskopie, Magnetometrie und Transport

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575701443

Es wird ein kryogenfreies multifunktionales 14 Tesla Magnetsystem für temperatur- und feldabhängige magnetische Messungen beantragt. Um das breite Spektrum der verschiedenen Materialklassen (Nanopartikel, 2D Materialien, epitaktische Filme bis hin zu Volumenproben) abzudecken, die in verschiedenen Verbund- und Sachmittelprojekten untersucht werden, werden die Optionen Breitband-Mikrowellenspektroskopie, Magnetometrie und Magneto-Transport für die grundlegende Analyse der magnetischen Eigenschaften benötigt. Insbesondere soll das System als magneto-kryogene Plattform für die Durchführung von breitbandiger Mikrowellenspektroskopie genutzt werden. Diese Methode nutzt spezielle Einsätze und Probenhalter mit geeigneten Koaxialleitungen. Diese sehr spezifischen Messungen beruhen auf selbst entwickelter Hard- und Software, die an das kommerzielle System angeschlossen werden. Die Breitband-Mikrowellenspektroskopie bis 60 Gigahertz und deren Analyse mit einem Vektor-Netzwerkanalysator wird es zulassen, temperatur-, frequenz-, feld- und winkelabhängige ferromagnetische Resonanz an hochanisotropen Materialien durchzuführen. Hieraus lassen sich die magnetische Anisotropie, das gyromagnetische Verhältnis sowie Dämpfung und Trägheit der Magnetisierung bestimmen. Die Erweiterung auf hohe Frequenzen und hohe Felder wird es auch erlauben, antiferromagnetische Resonanz, z.B. an Hämatit-Nanostrukturen, zu messen, was Gegenstand aktueller Forschung in der Magnonik ist. Die Magnetometrie liefert grundlegende magnetische Kenngrößen. Permanentmagnete zeigen hohe Anisotropiefelder, so dass es mit dem 14 Tesla Magnetsystem möglich wird, die Proben in die Sättigung zu treiben und gleichzeitig die Temperatur in einem weiten Bereich (2-1000 Kelvin) zu variieren. Magnetokalorische Materialien wie beispielsweise Antiperowskite zeigen oftmals eine Verschiebung des Phasenübergangs als Funktion des Feldes und eine thermische Hysterese, die bis zu hohen Feldern charakterisiert werden müssen. Derzeit laufende Projekte untersuchen Hochentropielegierungen, Übergangsmetallcarbide und -boride sowie Mischsysteme aus ferromagnetischen und antiferromagnetischen Materialien. Diese zeigen ebenfalls sehr hohe Sättigungsfelder. Messungen der (Magneto-)Transporteigenschaften ermöglichen es, die elektronischen Eigenschaften mit dem Magnetismus der Probensysteme zu verbinden. Insbesondere in epitaktischen Filmen mit kleiner Magnetisierung auf isolierendem Substrat können so die magnetischen Eigenschaften und der Hall-Effekt durch feld- und temperaturabhängige Widerstandmessungen bestimmt werden. Phasenübergänge können so identifiziert werden und die Änderung des Widerstands für Sensorfunktionen ausgenutzt werden. Die Universität Duisburg-Essen verfügt über keine vergleichbare multifunktionale magneto-kryogene Plattform zur Messung von magnetischen Eigenschaften bis 14 Tesla.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Kryogenfreies 14 Tesla Magnetsystem für Mikrowellenspektroskopie, Magnetometrie und Transport
• Gerätegruppe: 0150 Geräte zur Messung der magnetischen Materialeigenschaften
• Antragstellende Institution: Universität Duisburg-Essen
• Leiter: Professor Dr. Ulf Wiedwald