Magnetische Eigenschaften von periodisch angeordneten Nanopartikeln aus Nickel

Diplomarbeit , 1998 , 77 Seiten , Note: 1

Physik - Kernphysik, Teilchenphysik

Magnetismus ist eine Eigenschaft, die jedem von uns aus dem täglichen Leben vertraut ist. Eine Vielzahl technischer Anwendungen und Geräte beruhen auf den magnetischen Eigenschaften der benutzten Materialien. Die Bandbreite reicht von der Kompaßnadel bis hin zu modernen Datenspeichermedien. Die magnetischen Eigenschaften von Festkörpern sind heutzutage zu einem großen Teil untersucht und verstanden. Geht man jedoch zu mesoskopischen Systemen über, so unterscheiden sich die Eigenschaften unter Umständen deutlich von denen des ausgedehnten Festkörpers. Je mehr die Dimensionen oder die Geometrie eingeschränkt werden, desto mehr weicht das Verhalten ab, da Oberflächen- und Randeffekte dominierend werden. Dünne magnetische Filme mit einer Dicke von wenigen Monolagen, bzw. Schichtsysteme, die abwechselnd aus magnetischen und unmagnetischen Materialien bestehen, wurden bereits hinreichend untersucht. An diesen Multischichten fand man z.B. eine sehr starke Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes vom angelegten Magnetfeld, den sogenannten Giant Magnetoresistance (GMR), der auf der Kopplung der magnetischen Schichten durch die unmagnetischen hindurch beruht. Auch Partikel mit einem Durchmesser von wenigen nm sind das Thema vieler Veröffentlichungen, da ihre Eigenschaften aufgrund der reduzierten Größe sehr interessant sind. Zum Beispiel verhalten sich ferromagnetische Partikel in der Größenordnung < 50nm bei einer gewissen Temperatur TB plötzlich paramagnetisch, allerdings sind die Spins der einzelnen Atome immer noch korreliert, das magnetische Moment des ganzen Partikels beginnt zu fluktuieren. Man nennt diesen Effekt Superparamagnetismus, der Übergang hängt lediglich von der Größe der Partikel und ihrer Wechselwirkung untereinander ab. Dieser Effekt wurde bisher nur an magnetischen Partikeln in einer unmagnetischen Matrix (granulare Systeme), bzw. Suspensionen untersucht. Beides sind ungeordnete Systeme mit statistisch verteilten Anisotropie{Achsen, so daß für den Abstand, die Wechselwirkung etc. mit Mittelwerten gerechnet wird.[...]

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
• Theoretische Grundlagen
  • Magnetische Ordnungsstrukturen
  • Diamagnetismus
    • Langevin Diamagnetismus von Isolatoren
    • Landau Diamagnetismus von Metallen
  • Paramagnetismus
    • Langevin Paramagnetismus
    • Pauli Paramagnetismus
  • Ferromagnetismus
    • Domänenstruktur
  • Spingläser
    • Anisotropie-Energie
  • Superparamagnetismus
    • Néel's Theorie des Superparamagnetismus
    • Brown'sche Theorie des Superparamagnetismus
    • Blocking Temperatur
  • Wechselwirkung zwischen den Partikeln
  • Superantiferromagnetismus
  • Magnetowiderstand
• Herstellung und Charakterisierung
  • Die Kolloidmasken
    • Freistehende Masken
  • Probenpräparation
  • Größe der erzeugten Strukturen
  • Berechnung der zu erwartenden Größen
  • Charakterisierung
    • Lichtmikroskop
    • Raster-Elektronenmikroskop
    • Tunnelmikroskop
    • Kraftmikroskope
• Magnetisierungsmessungen
  • Aufbau und Funktion eines SQUIDS
  • Diskussion der Ergebnisse
    • Bestimmung einer Vorzugsrichtung
    • Magnetisierung im Nullfeld
    • Magnetisierung im Feld
• Magnetowiderstandsmessungen
  • Der Tieftemperatur-Meẞstand
  • Diskussion der Ergebnisse
    • Magnetowiderstand bei Raumtemperatur
    • Magnetowiderstand bei tiefen Temperaturen
• Zusammenfassung und Ausblick
• Anhang

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Diplomarbeit befasst sich mit der Untersuchung der magnetischen Eigenschaften periodisch angeordneter Nanopartikel aus Nickel. Ziel ist es, das magnetische Verhalten dieser Systeme zu analysieren und zu verstehen, ob sie einen Übergang vom geblockten zum superparamagnetischen Zustand zeigen oder ob sie beispielsweise Spingläser bilden. Die Arbeit untersucht die Auswirkungen der regelmäßigen Anordnung der Nanopartikel auf deren magnetische Eigenschaften und die Rolle der Form-Anisotropie.

• Magnetische Eigenschaften periodisch angeordneter Nanopartikel aus Nickel
• Superparamagnetismus und Spingläser
• Form-Anisotropie
• Wechselwirkung zwischen den Partikeln
• Magnetowiderstand

Zusammenfassung der Kapitel

Die Einleitung führt in das Thema der magnetischen Eigenschaften von Nanopartikeln ein und erläutert die Besonderheiten periodisch angeordneter Systeme im Vergleich zu ungeordneten Systemen. Kapitel 2 behandelt die theoretischen Grundlagen des Magnetismus, einschließlich der verschiedenen magnetischen Ordnungsstrukturen, wie Diamagnetismus, Paramagnetismus, Ferromagnetismus, Spingläser und Superparamagnetismus. Es werden die relevanten Theorien und Modelle vorgestellt, die das magnetische Verhalten von Nanopartikeln beschreiben. Kapitel 3 beschreibt die Herstellung und Charakterisierung der periodisch angeordneten Nickel-Nanopartikel mithilfe von Kolloidmasken. Es werden die Methoden zur Herstellung der Masken, die Probenpräparation und die Charakterisierung der erzeugten Strukturen mit verschiedenen Mikroskopietechniken erläutert. Kapitel 4 befasst sich mit den Magnetisierungsmessungen an den Nickel-Nanopartikeln. Es wird der Aufbau und die Funktionsweise eines SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Device) beschrieben, mit dem die Magnetisierung der Proben gemessen wird. Die Ergebnisse der Magnetisierungsmessungen werden diskutiert, einschließlich der Bestimmung einer Vorzugsrichtung, der Magnetisierung im Nullfeld und der Magnetisierung im Feld. Kapitel 5 behandelt die Magnetowiderstandsmessungen an den Nickel-Nanopartikeln. Es wird der Tieftemperatur-Meßstand beschrieben, mit dem der Magnetowiderstand der Proben bei verschiedenen Temperaturen gemessen wird. Die Ergebnisse der Magnetowiderstandsmessungen werden diskutiert, einschließlich des Magnetowiderstands bei Raumtemperatur und bei tiefen Temperaturen. Die Zusammenfassung und der Ausblick fassen die wichtigsten Ergebnisse der Arbeit zusammen und geben einen Ausblick auf zukünftige Forschungsrichtungen.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die magnetischen Eigenschaften von periodisch angeordneten Nanopartikeln aus Nickel, Superparamagnetismus, Spingläser, Form-Anisotropie, Wechselwirkung zwischen den Partikeln, Magnetowiderstand, Kolloidmasken, SQUID, Tieftemperatur-Meßstand.

• Hochschule: Universität Konstanz
• Note: 1
• Autor: Martina Meincken (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 1998
• Seiten: 77
• Katalognummer: V185507
• ISBN (eBook): 9783656990895
• ISBN (Buch): 9783867463973
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: magnetische, eigenschaften, nanopartikeln, nickel