Natuurkundigen van de Universität Hamburg hebben nieuwe magneten, bestaande uit een klein aantal atomen, opgebouwd en onderzocht. Net als bij een Lego bouwdoos, maar nu met heel kleine stenen, kunnen de wetenschappers aparte moleculen samenstellen met verscheidene structuren. Elk van deze bouwstenen is ook een klein kompas, dat in twee verschillende richtingen kan wijzen. De zo geconstrueerde magnetische nanostructuur kan door de wetenschappers worden onderzocht, om zo beter begrip te krijgen van de fysische principes van het magnetisme.
Het hiervoor gebruikte gereedschap is een zogenaamde spin-gepolariseerde rastertunnelmicroscoop. Met dit apparaat kan een atomair scherpe naald met zeer grote precisie worden gepositioneerd boven ijzeratomen die op een koperoppervlak liggen.
Wordt de naald op een grotere afstand boven de ijzeratomen bewogen, dan worden deze ijzeratomen tot op zekere hoogte door de naald gevoeld. De wetenschappers kunnen daardoor de atomen ‘zien’. Wordt de naald echter zeer dicht bij de ijzeratomen gebracht en dan bewogen, dan volgt dit atoom de naald en kan door de desbetreffende beweging van de naald op de koperen oppervlakte naar elke gewenste plaats worden verschoven.
Op deze manier zouden gewenste structuren atoom voor atoom kunnen worden opgebouwd, precies zoals met een Lego bouwdoos.
Magnetische naald
Het nieuwe aan de in dit onderzoek gebruikte rastertunnelmicroscoop is een magnetische functionaliteit van de naald. Daarmee kunnen onderzoekers niet alleen de positie van de ijzeratomen vaststellen, maar ook de richting van de magnetisering. De ijzeratomen gedragen zich namelijk als kleine kompasnaalden, die of naar onder of naar boven zijn gericht.
De wetenschappers hebben door hun onderzoek uitgevonden, dat de richting van elk van de ijzeratomen in de magneten afhankelijk is van het aantal buren en hun desbetreffende afstand. Met behulp van deze processen zouden nieuwe magneten kunnen worden vervaardigd, bijvoorbeeld in de vorm van een ketting of een zogenaamd kagomé-rooster.
De eigenschappen van de onderzochte magneten werden ter vergelijking doorberekend op de supercomputer van het Forschungszentrum Jülich. Er waren interessante afwijkingen ten opzichte van het verwachte gedrag.
Toepassing
Met het verdere onderzoek van de eigenschappen van de nieuwe magneten hopen de wetenschappers in de toekomst een nog beter begrip van de fysische principes van het magnetisme op atomaire schaal te krijgen. Deze bevindingen zouden de basis kunnen zijn voor de ontwikkeling van bijvoorbeeld nieuwe permanente magneten of magnetische sensoren, die normaal van bijzondere zeldzame en dure materialen worden gemaakt.
De afbeelding toont op een koperoppervlak liggende ijzeratomen (kegels), die werden opgebouwd tot diverse ketting- en kagomé-vormige magneten. De gele kleur van de ijzeratomen komt overeen met een richting omhoog, blauwe kleuring geeft de neerwaartse richting aan.
