Unter einer Lage Kohlenstoff konserviert
Phoenex-Apparatur
© HZB
HZB-Wissenschaftler entwickeln Verfahren, um elektronische Oberflächenzustände mit Graphen dauerhaft zu machen.
Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) ist es jetzt gemeinsam mit Kollegen aus Dresden und Jülich gelungen, die elektronischen Oberflächenzustände eines Metalls dauerhaft zu konservieren. Dazu versiegelten sie die Oberfläche des Metalls Iridium mit einer Kohlenstoffschicht, die die Stärke von nur einem Atom hat. Diese als Graphen bezeichnete Modifikation des Kohlenstoffs schirmt äußere Einflüsse wirksam ab. Die Fähigkeit, die elektronischen Oberflächenzustände haltbar zu machen, ist für die Spintronik von größtem Interesse. Ihre Erkenntnisse haben die HZB-Forscher heute in dem Fachjournal „Physical Review Letters“ veröffentlicht (DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.066804).
Die Spintronik nutzt das magnetische Moment – den Spin – von Elektronen, um Informationen zu verarbeiten. An Oberflächen lassen sich Elektronen mit unterschiedlichem Spin besonders gut voneinander unterscheiden, denn dort liegt eine sogenannte Symmetriebrechung vor. Allerdings sind die Elektronen an der Oberfläche einer Substanz sehr aktiv und gehen schnell chemische Verbindungen beispielsweise mit Sauerstoff ein. Ein bestimmter Spin-Zustand ließ sich deshalb bisher nur unter extremen Bedingungen, etwa im Ultrahochvakuum, erhalten.
Die Forscher am HZB haben für ihre erfolgreichen Versuche, die elektronische Oberflächenstruktur zu konservieren, mit dem Metall Iridium experimentiert. „Wir haben das Metall katalytisch mit dem Gas Propylen, einen Kohlenwasserstoff, behandelt“, sagt Projektleiter Dr. Andrei Varykhalov von der HZB-Abteilung Magnetisierungsdynamik. An der Oberfläche komme es dann zu zwei Konkurrenzreaktionen, so Varykhalov weiter, bei der die Graphenisierung jedoch die stärkere sei: „So bildet sich auf dem Iridium eine einschichtige Lage von Kohlenstoffatomen.“
Diese Graphenschicht sowie die Spinzustände der obersten Metallschicht haben die HZB-Forscher dann mit ausgefeilten Analysemethoden am Elektronenspeicherring BESSY II untersucht. Dabei kam ein Gerät aus der Teilchenphysik, ein sogenannter Spindetektor, zum Einsatz.
„Wir konnten dabei zunächst nachweisen, dass sich die Spinzustände des Iridiums unter der Graphenschicht nicht verändern. Das haben auch Modellrechnungen am Forschungszentrum Jülich bestätigt“, erklärt Varykhalov: „In einem zweiten Schritt haben wir dann festgestellt, dass sie auch an der Luft exakt erhalten bleiben“ Dies sei ein wichtiger Fortschritt für die Spintronik. Varykhalov: „Bei unserem graphenbeschichteten Iridium handelt es sich noch um ein Forschungsmodell. Wenn es uns aber gelingt, die Spin-Zustände auf einem Isolator mit Hilfe von Graphen zu konservieren, rücken konkrete Anwendungen für die Spintronik in greifbare Nähe.“
- Neue Katalysatormaterialien auf Basis von Torf für BrennstoffzellenEisen-Stickstoff-Kohlenstoff-Katalysatoren haben das Potenzial, teure Platinkatalysatoren in Brennstoffzellen zu ersetzen. Dies zeigt eine Studie aus Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und der Universitäten in Tartu und Tallinn, Estland. An BESSY II beobachtete das Team, wie sich komplexe Mikrostrukturen in den Proben bilden. Anschließend analysierten sie, welche Strukturparameter für die Förderung der bevorzugten elektrochemischen Reaktionen besonders wichtig waren. Der Rohstoff für solche Katalysatoren ist gut zersetzter Torf.
- Helmholtz-Nachwuchsgruppe zu MagnonenDr. Hebatalla Elnaggar baut am HZB eine neue Helmholtz-Nachwuchsgruppe auf. An BESSY II will die Materialforscherin sogenannte Magnonen in magnetischen Perowskit-Dünnschichten untersuchen. Sie hat sich zum Ziel gesetzt, mit ihrer Forschung Grundlagen für eine zukünftige Terahertz-Magnon-Technologie zu legen: Magnonische Bauelemente im Terahertz-Bereich könnten Daten mit einem Bruchteil der Energie verarbeiten, die moderne Halbleiterbauelemente benötigen, und das mit bis zu tausendfacher Geschwindigkeit.
Dr. Hebatalla Elnaggar will an BESSY II magnetische Perowskit-Dünnschichten untersuchen und damit die Grundlagen für eine künftige Magnonen-Technologie schaffen.
- Zukunft der Korallen – Was Röntgenuntersuchungen zeigen könnenIn diesem Sommer war es in allen Medien. Angetrieben durch die Klimakrise haben nun auch die Ozeane einen kritischen Punkt überschritten, sie versauern immer mehr. Meeresschnecken zeigen bereits erste Schäden, aber die zunehmende Versauerung könnte auch die kalkhaltigen Skelettstrukturen von Korallen beeinträchtigen. Dabei leiden Korallen außerdem unter marinen Hitzewellen und Verschmutzung, die weltweit zur Korallenbleiche und zum Absterben ganzer Riffe führen. Wie genau wirkt sich die Versauerung auf die Skelettbildung aus?
Die Meeresbiologin Prof. Dr. Tali Mass von der Universität Haifa, Israel, ist Expertin für Steinkorallen. Zusammen mit Prof. Dr. Paul Zaslansky, Experte für Röntgenbildgebung an der Charité Berlin, untersuchte sie an BESSY II die Skelettbildung bei Babykorallen, die unter verschiedenen pH-Bedingungen aufgezogen wurden. Antonia Rötger befragte die beiden Experten online zu ihrer aktuellen Studie und der Zukunft der Korallenriffe.