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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Schichtwechsel mit Sauerstoff |
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| | | Sauerstoff gehört zu den essentiellen Elementen des Lebens. Selbst bei "toter" Materie wie Metallen wirkt er belebend. Linzer Forscher haben nun herausgefunden, dass durch die Vorbehandlung einer Kupferoberfläche mit Sauerstoff das Wachstum von dünnen Kobaltfilmen gezielt manipuliert werden kann. |
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Unter der Leitung des Oberflächenphysikers Peter Zeppenfeld untersuchte die Forschungsgruppe vom Institut für Experimentalphysik der Uni Linz die Grundlagen der gängigsten Herstellungsmethoden von mikroskopisch kleinen, stabilen Schichtsystemen für moderne Technologien wie Magnetfeldsensoren oder Leseköpfe für Computerfestplatten.
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Neuartige Eigenschaften |
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"Man weiß bereits, dass ultradünne, magnetische Filme, die aus wenigen Atomlagen eines magnetischen Materials wie Kobalt oder Eisen bestehen und auf einem nicht-magnetischen Substrat wie Kupfer aufgebracht werden, völlig neuartige und technologisch relevante magnetische Eigenschaften besitzen", erläutert Zeppenfeld das vom Wissenschaftsfonds (FWF) geförderte Forschungsprojekt.
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Magnetische Beschaffenheit |
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"Um allerdings wohl definierte dünne Schichten zu erzeugen, müssen wir zuerst ein Verständnis der Herstellungsprozesse haben und einen Einblick in die zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen gewinnen. Denn die magnetischen Beschaffenheit derartiger Schichtsysteme hängt unmittelbar von der Qualität und der Dicke des magnetischen Films ab", so Peter Zeppenfeld.
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Herstellungsmethoden von Nanostrukturen
Nanostrukturen lassen sich auf ganz unterschiedliche Weise direkt und indirekt auf Oberflächen erzeugen. Speziell drei Verfahren werden derzeit in den Forschungslabors eingesetzt:
1) Die lokale Modifikation und Manipulation der Oberfläche mithilfe der Spitze eines Rastersondenmikroskops,
2) Das Wachstum kleiner Strukturen durch die Kontrolle der kinetischen Prozesse beim Wachstum dünner Schichten auf Oberflächen und
3) Die Ausbildung regelmäßig strukturierter Muster im thermodynamischen Gleichgewicht unter dem Einfluss langreichweitiger, insbesondere elastischer Wechselwirkungen. |
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Unterschiedliche Nanostrukturen |
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| Regelmässiges Kupfer-Sauerstoff-Streifenmuster |
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Die Methoden unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Flexibilität - also der Möglichkeit zur Erzeugung beliebiger Strukturen - sowie der Komplexität, d.h. dem mit der Herstellung verbundenen technischen und zeitlichen Aufwand.
Ebenso wie die Methoden selbst unterscheiden sich auch die jeweils erzeugten Nanostrukturen. Dies gilt vor allem für die thermische und mechanische Stabilität der Strukturen.
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Wachstum von Kobalt |
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| Unterlage für das Wachstum nanostrukturierter Kobaltfilme |
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In diesem Zusammenhang hat das Forschungsteam das Wachstum von Kobalt auf unterschiedlich präparierten Kupferoberflächen mit dem so genannten Rastertunnelmikroskop untersucht.
"In den Analysen konnte gezeigt werden, dass eine vollständige Behandlung der Kupferoberfläche mit Sauerstoff zu einem perfekten Wachstum atomar glatter Kobaltschichten führt" führt der Physiker aus.
"Durch die Anwesenheit von Sauerstoff wird nämlich die Oberflächenspannung des Kobaltfilms herabgesetzt, so dass der Film die Kupferoberfläche vollständig benetzt, während sich ohne Sauerstoff kleine Hügel ausbilden und eine rauer Kobaltfilm entsteht."
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"Schwimmender" Sauerstoff |
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Der Sauerstoff "schwimme" sozusagen auf die Oberfläche der Kobaltschicht auf und sorge für ein nahezu perfektes "Lage-für-Lage-Wachstum." Eine unvollständige Belegung der Oberfläche mit Sauerstoff bewirke hingegen einen ganz anderen Effekt:
"Auf Grund der regelmäßigen Abfolge von Streifen mit und ohne Sauerstoff ergeben sich technologisch ebenso relevante Schichten, die ihrerseits wieder völlig neuartige magnetische Eigenschaften aufweisen sollten, resümiert Zeppenfeld."
Diese sollen künftig noch eingehender untersucht werden.
Eva-Maria Gruber, Universum Magazin
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01.01.2010 |
