Überblick

Magnetische Nanowelt

Mikroskopie mit Synchrotronstrahlung ermöglicht eine Reise in die faszinierende Welt der Nanomagnete.

  • Armin Kleibert und Frithjof Nolting
  • 06 / 2013 Seite: 27

Magnete mit Abmessungen im Nanometerbereich zeigen nicht nur spannende Physik, sondern bieten auch ein breites Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten. Eine besondere Rolle bei diesen magnetischen Zwergen nimmt das so genannte superparamagnetische Verhalten ein, sei es als gewünschter Effekt bei der Verwendung in der Medizin oder als limitierender Faktor bei der voranschreitenden Miniaturisierung in der Datenspeicherung. Neue Methoden erlauben es, das Verhalten von einzelnen Nanomagneten zu untersuchen und deren Eigenschaften gezielt zu ­beeinflussen.

Ohne magnetische Materialien würde unsere Welt anders aussehen, denn obwohl wir uns im Alltag nicht immer dessen bewusst sind, spielen Magnete und ihre Felder eine wichtige Rolle für das Leben. So schützt das Erdmagnetfeld uns und die Atmosphäre vor kosmischer Strahlung und ermöglicht die Orientierung. Magnete erleichtern auch unser Leben, beispielsweise als einfache Permanentmagnete am Kühlschrank oder als High-Tech-Magnete mit optimierten Eigenschaften in Transformatoren, Motoren und Generatoren. Daneben nimmt die Bedeutung von Nanomagneten in der Technologie zu. So werden in Festplatten die Informationen in magnetischen Dünnschichtsystemen gespeichert und mittels magnetischer Sensoren ausgelesen.

Der Bedarf an magnetischen Datenspeichern nimmt wegen des rapide wachsenden Internetverkehrs und Cloud-Computings weiterhin zu, obwohl alternative Flash-Speicher bereits weit verbreitet sind. Deshalb wird intensiv nach neuen magnetischen Materialien geforscht, die eine höhere Speicherdichte erlauben. Allerdings reichen bei hinreichend kleinen Strukturen schließlich thermische Fluktuationen aus, um die Magnetisierung spontan zu ändern, sodass eine dauerhafte Speicherung von Informationen nicht mehr möglich ist. Dieses superparamagnetische Verhalten gilt es daher zu überlisten. Anders sieht es in der Medizin aus. Hier wird an Methoden geforscht, Krebs­tumore mittels magnetischer Wechselfelder zu zerstören (Hyper­thermie). Dafür eignen sich magnetische Nano­partikel mit funktionalisierter Oberfläche, die sich nur an den Krebszellen anlagern. Ein elektromagnetisches Wechsel­feld regt die Magnetisierung der Nanoteilchen zu Schwingungen an, und die dabei erzeugte Wärme zerstört gezielt den Krebstumor. Hierbei sind nun superparamagnetische Teilchen erwünscht, da diese sich mit vergleichsweise kleinen Feldstärken und hoch­frequent ummagnetisieren lassen. Außerdem unterdrücken die Fluktuationen die Anziehung zwischen den Partikeln, die somit nicht verklumpen. ...

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