Forschung

Abbildung magnetischer Wirbelstrukturen auf der Nanoskala

09.03.2021 - Magnetometrie auf Basis von Farbzentren in Diamant und magnetooptische Bildgebung ergänzen sich.

Das genaue Verständnis von magnetischen Strukturen ist ein Herzstück der Fest­körper­physik. Auf dem Gebiet werden zurzeit große Forschungs­anstrengungen unter­nommen, um in Zukunft winzige magnetische Strukturen als Informations­träger in der Daten­ver­arbeitung nutzen zu können. Forscher der Uni Mainz und des Helmholtz-Instituts Mainz haben jetzt eine neue Methode zur Unter­suchung magnetischer Strukturen vorgestellt, bei der zwei Techniken kombiniert werden. Damit konnten sowohl die Magneti­sierung der Probe als auch ihr Magnetfeld gemessen und abgebildet werden.

„Wir haben in dieser Arbeit zwei Quanten­sensing-Techniken kombiniert, die bisher noch nicht gemeinsam auf eine Probe angewendet wurden,“, erklärt Till Lenz von der Uni Mainz. Eine bekannte Methode der Fest­körper­physik nutzt den magneto­optischen Kerr-Effekt, um magnetische Domänen abzubilden und die Magneti­sierung zu ermitteln. „Aber dadurch erhalten wir nur beschränkte Informationen“, so Lenz. Daher erfolgte die Kombination mit einem Magneto­metrie-Verfahren auf Basis von Farb­zentren in Diamant, um auch das Magnet­feld erfassen zu können. Die Forscher hoffen dadurch neue Erkennt­nisse über Fest­körper­physik und ferro­magnetische Strukturen zu gewinnen.

Ein besonderer Defekt im Kristall­gitter verleiht Diamant Eigen­schaften, die für die Unter­suchung magnetischer Strukturen nutzbar sind. Das Prinzip hat sich als viel­seitig einsetz­bares, hoch­sensitives Instrument für die nicht­invasive Unter­suchung etabliert. Magneto­meter auf Diamant­basis funktio­nieren bei sehr tiefen Temperaturen und ebenso über Raum­temperatur hinaus sowie bei kleinsten Entfernungen zwischen Probe und Sonde von nur wenigen Nanometern.

„Die Sonde auf Basis von Farb­zentren in Diamant ist wesentlich sensitiver als konven­tio­nelle Methoden und liefert uns extrem gute Ergebnisse. Wir stellen dazu interessante Proben bereit, was einzig­artige Kooperations­möglich­keiten ergibt“, beschreibt Mathias Kläui von der Uni Mainz den Austausch zwischen den beiden Arbeits­gruppen. „In Kombination ermöglichen unsere beiden komple­men­tären Mess­methoden die komplette Rekon­struk­tion der magnetischen Eigen­schaften der Probe.“

Die Kooperationspartner planen, die neue Technik künftig bei verschiedenen multi­diszi­pli­nären Problemen anzuwenden, die für die jeweiligen Partner von Interesse sind. Dazu gehören die Unter­suchung von zwei­dimen­sio­nalen magnetischen Materialien, magnetische Effekte molekularer Chiralität und die Hoch­temperatur-Supra­leitung.

JGU / RK

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