H.Wende: Mikroskopisches Verständnis der Patrikel-Matrix Wechselwirkung in magnetischen Hybridmaterialien mittels elementspezifischer Untersuchungen

Beschreibung

Die Wechselwirkung von magnetischen Partikeln mit der umgebenden Matrix in magnetischen Hybridmaterialien wie z.B. Elastomeren ist auf Längenskala nächster Nachbarabstände nicht zufriedenstellend verstanden. Um das Grundlagenverständnis auf dieser Längenskala zu verbessern, sollen in diesem Projekt magnetische Partikel, die in einer elastischen Matrix eingebettet sind, mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie an Synchrotronstrahlungsquellen und mit Mössbauerspektroskopie untersucht werden.

Oben: Mittels Dichte¬funktional-theorie bestimmte Morphologie eines L10 geordneten FePt Nano-partikels in einer Al-Matrix [2]. Die Wechselwirkung mit der Al-Matrix führt zu einer starken Änderung der lokalen Struktur und damit der elektronischen Struktur.

Die Röntgenabsorptions¬spektroskopie und speziell der Röntgenzirkulardichroismus erlaubt die Analyse der elementspezifischen (spinselektiven) elektronischen Struktur [1]. Dadurch kann die Bindung der magnetischen Partikel an die Matrix und die magnetischen Eigenschaften an der Partikel-Matrix Grenzfläche genau charakterisiert werden (s. Abb.) [2]. Durch die Analyse der Mössbauerspektren, die im angelegten Magnetfeld (max. 5T) gemessen werden, soll durch die Bestimmung der Verkantung der magnetischen Oberflächenmomente (spin canting) ein besseres Verständnis der Wechselwirkung zwischen Partikeloberfläche und umgebender Matrix geschaffen werden. Sowohl die Röntgenabsorptionsspektren als auch die Mössbauerspektren können bei hohen angelegten Feldern gemessen werden. Damit ist es möglich, die Hybridmaterialien unter Funktionsbedingungen zu studieren. Zudem sollen durch temperaturabhängige Untersuchung der Mössbauerspektren im Nullfeld magnetische Relaxationsphänomene analysiert werden. In Kombination mit thermoremanenten Magnetisierungsuntersuchungen kann damit auf die magnetische Wechselwirkung der Partikel untereinander geschlossen werden. Durch die Modifikation der spezifischen Matrix und der Partikelkonzentration ist es dadurch möglich, sowohl den direkten magnetischen Austausch zwischen den Partikeln zu ermöglichen oder zu blockieren, als auch die magnetische Dipol-Dipolwechselwirkung durch Veränderung des Partikel-Partikel-Abstands zu beeinflussen. Das in diesem Projekt gewonnenen mikroskopische Verständnis soll durch den direkten Informationsaustausch mit den Gruppen, die die Hybridsysteme herstellen, genutzt werden, um neue Funktionalitäten der Hybridmaterialien zu generieren.

Projektleiter

Prof. Dr. Heiko Wende, Universität Duisburg-Essen

Projektmitarbeiter

Joachim Landers, Universität Duisburg-Essen
Samira Webers, Universität Duisburg-Essen

Förderzeitraum

2013 -

Publikationen

[1] H. Wende (2004) „Recent advances in X-ray absorption spectroscopy“, Reports on Progress in Physics 67, 2105-2181.
[2] C. Antoniak et al. (2011) „A guideline for atomistic design and understanding of ultrahard nanomagnets“, Nature Communications 2, Article number: 528 .
[3] Landers, J.; Salamon, S.; Escobar Castillo, M.; Lupascu, D. C.; Wende, H. (2014) „Mössbauer Study of Temperature-Dependent Cycloidal Ordering in BiFeO3 Nanoparticles“ Nano Letters (Nano Lett.) 14, 11, 6061 - 6065
[4] Landers, J.; Stromberg, F.; Darbandi, M.; Schöppner, Ch.; Keune, W.; Wende, H. (2015) „Correlation of superparamagnetic relaxation with magnetic dipole interaction in capped iron-oxide nanoparticles“ Journal of Physics: Condensed Matter 27, 2, 026002-1 - 026002-11

Kontakt

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