Form bestimmt Ordnung: Forscher untersuchen Selbstorganisation von Meso-Kristallen aus magnetischen Nanowürfeln
Selbstorganisation gilt als vielversprechende Möglichkeit zur Herstellung innovativer Materialien. Damit lassen sich neuartige Strukturen in der Größenordnung von Nanometern herstellen. Forscher glauben beispielsweise, dass sich so neuartige magnetische Datenspeicher verwirklichen lassen, in denen mehr Daten auf engerem Raum gespeichert werden können. Sie machen sich zunutze, dass sich Moleküle oder Nanopartikel aufgrund physikalischer Wechselwirkungen quasi von selbst zu geordneten Einheiten zusammensetzen können. Die meisten wissenschaftlichen Arbeiten beschäftigten sich bisher mit der Selbstorganisation kugelförmiger Teilchen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Jülich, Stockholm, Lüttich und dem japanischen Hyogo wiesen nun erstmals eine geordnete dreidimensionale Struktur durch Selbstorganisation würfelförmiger magnetischer Bauteile nach und zeigten darüber hinaus, dass die Form der Bauteile die Struktur bestimmt.
„Wir konnten zeigen, dass sich Würfel aus magnetischen Eisenoxideinkristallen anders ordnen als Kugeln aus dem gleichen Material. Und auch Würfel sind nicht gleich Würfel“, berichtet Dr. Sabrina Disch, Chemikerin am Jülich Centre for Neutron Science JCNS und am Peter Grünberg Institut. Die Untersuchungen der Forscher zeigen, dass bereits Würfel, die an den Ecken in verschiedenem Maße abgeflacht sind, unterschiedliche kristalline Anordnungen bilden. „Eine gezielte Auswahl der richtigen Teilchenform wird es zukünftig ermöglichen, Materialien gezielt maßzuschneidern. Davon profitieren Grundlagenforschung und angewandte Forschung“, erwartet Prof. Thomas Brückel, Direktor am Jülich Centre for Neutron Science JCNS und am Peter Grünberg Institut.
Bei den Experimenten der Forscher kamen Würfel mit mäßig abgeflachten Ecken zum Einsatz. Sie ordneten sich mit den abgeflachten Ecken zueinander an, sodass jeder Würfel acht direkte Nachbarn hat (tetragonal-raumzentriert). Bei geringerer Abflachung, also spitzeren Ecken, sollten die Würfel sich einfach kubisch, d.h. Fläche an Fläche, anordnen mit jeweils sechs direkten Nachbarn pro Würfel. Dies zeigten Abschätzungen der relativen Wichtigkeit der magnetischen und elektrischen Wechselwirkungen zwischen den Bauteilen. Entscheidend für die Ordnung sind die sogenannten Van-der-Waals-Kräfte, so die Forscher. An den stark abgeflachten Ecken ist die anziehende Kraft zwischen den Teilchen stärker als zwischen den Kanten und Flächen, sodass eine Anordnung vorteilhaft ist, die die Ecken nahe zusammenbringt.
Für ihre Versuche brachten die Forscher eine Lösung mit nanometergroßen Eisenoxidwürfeln auf eine extrem glatte Fläche aus Germanium auf und ließen die Lösung so langsam verdunsten, dass die Teilchen ausreichend Zeit zur Selbstorganisation hatten. Ein Magnetfeld unterstützte den Prozess, und Trennschichten um die Würfel verhinderten ein Zusammenklumpen. Mit Hilfe elektronenmikroskopischer Methoden und Streumethoden konnten die Forscher die dreidimensionale Struktur nachweisen. Außerdem vermaßen die Forscher die Würfel unter dem Elektronenmikroskop und bestimmten so die Form der Ecken.
Originalveröffentlichung
Meistgelesene News
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Diese Produkte könnten Sie interessieren
NANOPHOX CS von Sympatec
Partikelgrößenanalyse im Nanobereich: Hohe Konzentrationen problemlos analysieren
Zuverlässige Ergebnisse ohne aufwändige Probenvorbereitung
DynaPro Plate Reader III von Wyatt Technology
Screening von Biopharmazeutika und anderen Proteinen mit automatisierter dynamischer Lichtstreuung
Hochdurchsatz-DLS/SLS-Messungen von Lead Discovery bis Qualitätskontrolle
Eclipse von Wyatt Technology
FFF-MALS System zur Trennung und Charakterisierung von Makromolekülen und Nanopartikeln
Neuestes FFF-MALS-System entwickelt für höchste Benutzerfreundlichkeit, Robustheit und Datenqualität
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.