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
- 1 Einleitung
- 2 Theoretische Grundlagen
- 2.1 Magnetische Ordnungsstrukturen
- 2.2 Diamagnetismus
- 2.2.1 Langevin Diamagnetismus von Isolatoren
- 2.2.2 Landau Diamagnetismus von Metallen
- 2.3 Paramagnetismus
- 2.3.1 Langevin Paramagnetismus
- 2.3.2 Pauli Paramagnetismus
- 2.4 Ferromagnetismus
- 2.4.1 Domänenstruktur
- 2.5 Spingläser
- 2.5.1 Anisotropie-Energie
- 2.6 Superparamagnetismus
- 2.6.1 Néel's Theorie des Superparamagnetismus
- 2.6.2 Brown'sche Theorie des Superparamagnetismus
- 2.6.3 Blocking Temperatur
- 2.7 Wechselwirkung zwischen den Partikeln
- 2.8 Superantiferromagnetismus
- 2.9 Magnetowiderstand
- 3 Herstellung und Charakterisierung
- 3.1 Die Kolloidmasken
- 3.1.1 Freistehende Masken
- 3.2 Probenpräparation
- 3.3 Größe der erzeugten Strukturen
- 3.4 Berechnung der zu erwartenden Größen
- 3.5 Charakterisierung
- 3.5.1 Lichtmikroskop
- 3.5.2 Raster-Elektronenmikroskop
- 3.5.3 Tunnelmikroskop
- 3.5.4 Kraftmikroskope
- 3.1 Die Kolloidmasken
- 4 Magnetisierungsmessungen
- 4.1 Aufbau und Funktion eines SQUIDS
- 4.2 Diskussion der Ergebnisse
- 4.2.1 Bestimmung einer Vorzugsrichtung
- 4.2.2 Magnetisierung im Nullfeld
- 4.2.3 Magnetisierung im Feld
- 5 Magnetowiderstandsmessungen
- 5.1 Der Tieftemperatur-Meßstand
- 5.2 Diskussion der Ergebnisse
- 5.2.1 Magnetowiderstand bei Raumtemperatur
- 5.2.2 Magnetowiderstand bei tiefen Temperaturen
- 6 Zusammenfassung und Ausblick
- 7 Anhang
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der magnetischen Eigenschaften periodisch angeordneter Nickel-Nanopartikel. Es soll geklärt werden, wie sich die regelmäßige Anordnung der Partikel auf deren magnetisches Verhalten auswirkt und ob Phänomene wie Superparamagnetismus oder die Bildung von Spingläsern auftreten. Die Arbeit konzentriert sich auf die Herstellung, Charakterisierung und die magnetischen Messungen an diesen speziell strukturierten Nanosystemen.
- Herstellung und Charakterisierung periodisch angeordneter Nickel-Nanopartikel mittels Kolloidmasken.
- Untersuchung des Einflusses der periodischen Anordnung auf das magnetische Verhalten.
- Analyse des Superparamagnetismus und möglicher Spinglas-Bildung.
- Messung und Interpretation der Magnetisierung und des Magnetowiderstands.
- Vergleich der Ergebnisse mit theoretischen Modellen und Vorhersagen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung führt in die Thematik des Magnetismus ein und hebt die Bedeutung der Untersuchung mesoskopischer Systeme hervor, bei denen Oberflächen- und Randeffekte eine dominante Rolle spielen. Es wird auf bereits untersuchte Systeme wie dünne magnetische Filme und ungeordnete magnetische Partikel in Matrizen eingegangen. Die Arbeit konzentriert sich auf die Untersuchung periodisch angeordneter Nickel-Nanopartikel, um den Einfluss der regelmäßigen Anordnung auf das magnetische Verhalten zu untersuchen, insbesondere im Hinblick auf Superparamagnetismus und Spinglas-Bildung. Der Fokus liegt auf der systematischen Abweichung von bekannten Verhalten in ungeordneten Systemen.
2 Theoretische Grundlagen: Dieses Kapitel präsentiert die notwendigen theoretischen Grundlagen zum Verständnis der magnetischen Eigenschaften der untersuchten Systeme. Es werden verschiedene magnetische Ordnungsstrukturen wie Diamagnetismus (Langevin und Landau), Paramagnetismus (Langevin und Pauli), Ferromagnetismus, Spingläser und Superparamagnetismus (Néel und Brown) detailliert erläutert. Besonderes Augenmerk wird auf die Wechselwirkung zwischen den Partikeln und den Magnetowiderstand gelegt. Die Kapitel liefert das nötige Wissen um die experimentellen Ergebnisse zu verstehen und zu interpretieren. Die jeweiligen Theorien werden umfassend vorgestellt und ihre Relevanz für die vorliegende Arbeit herausgestellt.
3 Herstellung und Charakterisierung: Dieses Kapitel beschreibt detailliert die Herstellung der periodisch angeordneten Nickel-Nanopartikel mittels Kolloidmasken. Es wird auf die verwendeten Methoden zur Probenpräparation, sowie auf die verschiedenen Charakterisierungsmethoden eingegangen, um die Größe, Form und Anordnung der Partikel zu bestimmen (Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Tunnelmikroskopie und Kraftmikroskopie). Die Ergebnisse liefern die Grundlage für die anschließenden magnetischen Messungen und ermöglichen eine Korrelation zwischen der Struktur und den magnetischen Eigenschaften.
4 Magnetisierungsmessungen: In diesem Kapitel wird der Aufbau und die Funktionsweise des SQUID-Magnetometers beschrieben, welches für die Magnetisierungsmessungen verwendet wurde. Die Ergebnisse der Magnetisierungsmessungen werden diskutiert, wobei insbesondere die Bestimmung einer möglichen Vorzugsrichtung, die Magnetisierung im Nullfeld und im angelegten Magnetfeld behandelt werden. Die Interpretation der Messdaten bildet die Grundlage für das Verständnis des magnetischen Verhaltens der periodisch angeordneten Nanopartikel.
5 Magnetowiderstandsmessungen: Dieses Kapitel beschreibt den Aufbau des Tieftemperatur-Messstands zur Bestimmung des Magnetowiderstands. Die Ergebnisse der Messungen bei Raumtemperatur und tiefen Temperaturen werden diskutiert. Der Fokus liegt dabei auf dem Einfluss des angelegten Magnetfelds auf den elektrischen Widerstand und dem Vergleich mit bekannten Effekten wie dem Giant Magnetoresistance (GMR). Die Analyse liefert wichtige Erkenntnisse über die elektronischen Eigenschaften der untersuchten Nanopartikel im Zusammenhang mit ihrem magnetischen Verhalten.
Schlüsselwörter
Nickel-Nanopartikel, periodische Anordnung, Superparamagnetismus, Spingläser, Magnetowiderstand, Kolloidmasken, Magnetisierungsmessungen, SQUID, Anisotropie, Domänenstruktur, magnetische Ordnungsstrukturen.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zu: Magnetische Eigenschaften periodisch angeordneter Nickel-Nanopartikel
Was ist das Thema der Arbeit?
Die Arbeit untersucht die magnetischen Eigenschaften von periodisch angeordneten Nickel-Nanopartikeln. Im Fokus steht der Einfluss der regelmäßigen Anordnung auf das magnetische Verhalten, insbesondere im Hinblick auf Superparamagnetismus und die Bildung von Spingläsern.
Welche Methoden wurden zur Herstellung der Nanopartikel verwendet?
Die Nickel-Nanopartikel wurden mittels Kolloidmasken hergestellt. Die Arbeit beschreibt detailliert die Probenpräparation und die verwendeten Methoden.
Welche Charakterisierungsmethoden wurden eingesetzt?
Zur Charakterisierung der Nanopartikel wurden Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Tunnelmikroskopie und Kraftmikroskopie verwendet, um Größe, Form und Anordnung der Partikel zu bestimmen.
Welche Messmethoden wurden zur Untersuchung der magnetischen Eigenschaften angewendet?
Die magnetischen Eigenschaften wurden mittels SQUID-Magnetometrie (zur Magnetisierungsmessung) und Tieftemperaturmessungen (zum Magnetowiderstand) untersucht.
Welche theoretischen Grundlagen werden behandelt?
Die Arbeit behandelt verschiedene magnetische Ordnungsstrukturen wie Diamagnetismus (Langevin und Landau), Paramagnetismus (Langevin und Pauli), Ferromagnetismus, Spingläser und Superparamagnetismus (Néel und Brown). Besonderes Augenmerk wird auf die Wechselwirkung zwischen den Partikeln und den Magnetowiderstand gelegt.
Welche Ergebnisse wurden erzielt?
Die Ergebnisse der Magnetisierungsmessungen werden hinsichtlich der Bestimmung einer möglichen Vorzugsrichtung, der Magnetisierung im Nullfeld und im angelegten Magnetfeld diskutiert. Die Magnetowiderstandsmessungen werden bei Raumtemperatur und tiefen Temperaturen analysiert, wobei der Einfluss des angelegten Magnetfelds auf den elektrischen Widerstand im Mittelpunkt steht.
Welche Schlussfolgerungen werden gezogen?
Die Arbeit zieht Schlussfolgerungen über das magnetische Verhalten der periodisch angeordneten Nanopartikel, vergleicht die Ergebnisse mit theoretischen Modellen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsfragen.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit am besten?
Nickel-Nanopartikel, periodische Anordnung, Superparamagnetismus, Spingläser, Magnetowiderstand, Kolloidmasken, Magnetisierungsmessungen, SQUID, Anisotropie, Domänenstruktur, magnetische Ordnungsstrukturen.
Wie ist die Arbeit strukturiert?
Die Arbeit ist in Kapitel unterteilt, beginnend mit einer Einleitung, gefolgt von theoretischen Grundlagen, Herstellung und Charakterisierung der Nanopartikel, Magnetisierungsmessungen, Magnetowiderstandsmessungen, einer Zusammenfassung und einem Ausblick sowie einem Anhang. Ein detailliertes Inhaltsverzeichnis findet sich im Dokument.
Welche Zielsetzung verfolgt die Arbeit?
Ziel der Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses der periodischen Anordnung von Nickel-Nanopartikeln auf deren magnetisches Verhalten, insbesondere hinsichtlich Superparamagnetismus und Spinglas-Bildung. Es geht um den Vergleich mit ungeordneten Systemen und das systematische Abweichen vom bekannten Verhalten.
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- Martina Meincken (Author), 1998, Magnetische Eigenschaften von periodisch angeordneten Nanopartikeln aus Nickel, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/185507
