Größte bisher bekannte magnetische Anisotropie eines Moleküls gemessen
Blick auf den THz-EPR-Experimentierplatz in der Halle der Synchrotronquelle BESSY II. © HZB
Die magnetischen Eigenschaften des untersuchten Bismut-Komplexes (Mitte) konnten mit der THz-EPR-Spektroskopie bei BESSY II aufgeklärt werden. Bei der Methode kommen elektromagnetische Strahlung im THz bis Infrarot-Bereich sowie hohe Magnetfelder zum Einsatz. © HZB
An der Berliner Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II ist es gelungen, die größte magnetische Anisotropie eines einzelnen Moleküls zu bestimmen, die jemals experimentell gemessen wurde. Je größer diese Anisotropie ist, desto besser eignet sich ein Molekül als molekularer Nanomagnet. Solche Nanomagnete besitzen eine Vielzahl von potenziellen Anwendungen, z. B. als energieeffiziente Datenspeicher. An der Studie waren Forschende aus dem Max-Planck-Institut für Kohlenforschung (MPI KOFO), dem Joint Lab EPR4Energy des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion (MPI CEC) und dem Helmholtz-Zentrums Berlin beteiligt.
Untersucht wurde ein Bismut-Komplex, welches in der Gruppe von Josep Cornella (MPI KOFO) synthetisiert wurde. Dieses Molekül besitzt einzigartige magnetische Eigenschaften, die ein Team um Frank Neese (MPI KOFO) vor kurzem mit theoretischen Studien vorhergesagt hat. Bisher schlugen jedoch alle Versuche fehl, die magnetischen Eigenschaften des Bismut-Komplexes zu messen und damit die theoretischen Vorhersagen experimentell zu bestätigen.
THz-EPR an BESSY II
Dieser wichtige Schritt gelang nun durch eine spezielle Methode an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II, die das HZB in Berlin betreibt. Die Forschenden setzten auf die THz-Elektronenparamagnetische Resonanz-Spektroskopie (THz-EPR). „Die Ergebnisse zeigen auf faszinierende Weise, dass wir mit unserer Methode extrem hohe Werte für die magnetische Anisotropie sehr genau bestimmen können. Durch die Zusammenarbeit mit Forschenden aus den Grundlagenwissenschaften erzielen wir damit einen großen Fortschritt für das Verständnis dieser Materialklasse“, sagt Tarek Al Said (HZB), der Erstautor der Studie, die kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society publiziert wurde.
- 3D-Magnetfeld-Experiment an BESSY II bringt Spintronik voran(Fe0.63Ni0.3Pd0.07)3P oder kurz FNPP ist ein magnetisches Material, das auch schon bei Raumtemperatur komplexe magnetische Strukturen zeigt. Das macht das Material für die Spintronik interessant, die Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieeinsatz ermöglichen würde, zum Beispiel neuartige Datenspeicher. Allerdings müsste es dafür gelingen, die gewünschten Strukturen kontrolliert zu erzeugen und zu verändern, und das ist bisher noch eine Herausforderung. Eine neue Studie unter Federführung des HZB ist hier nun einen Schritt vorangekommen. Mit einem weltweit einzigartigen Instrument, dem VEKMAG an BESSY II, zeigten sie, dass ein sehr kleines äußeres Magnetfeld in der Ebene der Strukturen ausreicht, um diese zu verändern.
- Erstmals gesicherte Zahlen: Investitionen in BESSY lohnen sich für Berlin und DeutschlandEine Wirkungsanalyse des DIW Econ zeigt den wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Wert von BESSY II. Jeder investierte Euro bringt Deutschland drei Euro ein, dem Land Berlin sogar zehn Euro. Darüber hinaus gibt die Studie eine wirtschaftliche Prognose zum Bau von BESSY III.
Die Wirkungsanalyse wurde am 3. September 2026 an Dr. Henry Marx, Staatssekretär für Wissenschaft und Forschung im Berliner Senat übergeben. Er befürwortet Investitionen und setzt sich mit Nachdruck für BESSY III ein. - BESSY II gibt Einblick in die Oxidationsprozesse von KupferBevor sich reines Kupferoxid bildet, entstehen komplexe Superstrukturen aus Kupfer- und Sauerstoffatomen wie „29“CuxO. Einblicke in diese „29“-CuxO-Superstruktur sind relevant für die Katalysatorforschung und den Korrosionsschutz bei der Entwicklung von Kupferbehältern für Endlager für radioaktive Abfälle.