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Goldenes «Nano-Schachbrett» für zukünftige Technologien

Eine Goldoberfläche, auf der sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren zu einem Nano-Schachbrettmuster selbst anordnen, stellt den ersten sogenannten ebenen Ferrimagneten dar. Die Existenz solcher zweidimensionaler magnetischer Systeme wurde bisher ausgeschlossen. Dank geschickter Materialwahl wurde dies nun von einer internationalen Forschergruppe mit Berner Beteiligung möglich gemacht.
Ferrimagnete zeichnen sich dadurch aus, dass sie zwei verschiedene Arten von magnetischen Zentren besitzen, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Das Besondere an zweidimensionalen Ferrimagneten ist, dass bei der ebenen Anordnung der Magnetzustand der einzelnen Moleküle ausgelesen werden kann. Jedes dieser magnetischen Moleküle bildet so eine kleinste magnetische Speichereinheit.
Diese neuartigen Strukturen könnten in der Quantentechnologie zum Einsatz kommen –  etwa beim Ein- und Ausschalten des Magnetzustandes eines einzelnen Moleküls und somit seines Informationsgehaltes. Wichtig ist, dass dies nun auf einer ebenen Schicht von Molekülen möglich ist, und somit eine höchste Speicherdichte vorliegt.

Ein internationales wissenschaftliches Konsortium mit Schweizer Beteiligung von der Universität Bern, des Paul Scherrer Instituts (PSI) und des «Swiss Nanoscience Institut» (SNI) an der Universität Basel konnte nun im Wissenschaftsjournal «Nature Communications» die magnetischen Eigenschaften eines Nano-Schachbretts auf einer Goldoberfläche belegen. Diese Erkenntnis ist überraschend, weil grundsätzliche Kriterien die Herstellung eines solchen sogenannten zweidimensionalen Ferrimagneten bisher ausschlossen. Durch eine geschickte Materialwahl wurde dies nun doch ermöglicht.

Mit Gold zum Erfolg
Die Chemikerin Dr. Shi-Xia Liu hat in Zusammenarbeit mit Prof. Silvio Decurtins, beide am Departement für Chemie und Biochemie der Universität Bern, sogenannte makrozyklische Moleküle hergestellt, deren Atome in einem grossen Ring angeordnet sind. Im Zentrum weisen sie entweder magnetische Eisen- oder Mangan-Ionen auf. An den «Rändern» dieser Moleküle wurden gezielt entweder Fluor- oder Wasserstoffatome angebracht. Fluor- und Wasserstoffatome interagieren bevorzugt miteinander. Nachdem die Moleküle auf eine Goldoberfläche aufgebracht wurden, ordneten sie sich dank den präparierten «Rändern» in einem Schachbrettmuster an: an die Wasserstoffatome docken immer Fluoratome an. So wechseln sich die Moleküle mit dem magnetischen Eisen- oder dem Mangan-Zentrum ab.

Auf kleinstem Raum
Dieses geordnete Muster einer einzigen Lage von Molekülen ist extrem dicht gepackt. Die einzelnen Moleküle und somit die magnetischen Einheiten weisen eine «Ausdehnung» von der Grössenordnung eines Nanometers auf, d.h. des millionsten (0.000 001) Teils eines Millimeters. Auf die Fläche eines Quadratmillimeters können somit etwa 10 hoch 12 (eine 1 mit 12 Nullen) magnetische Moleküle angeordnet werden. Mittels einer speziellen Bestrahlung an der «Swiss Light Source» (SLS) am PSI konnten die Forschenden belegen, dass die mit Molekülen besetzte Schicht magnetisch ist, dass der Magnetismus beider unterschiedlichen Zentren verschieden ist und die magnetischen Momente (Spins) in entgegengesetzte Richtungen zeigen – alles Eigenschaften, welche einen Ferrimagneten kennzeichnen.
Ausschlaggebend für diese Eigenschaften ist das elektrisch leitende Goldsubstrat, das die magnetische Ordnung vermittelt. Ohne das Goldsubstrat würden die magnetischen Metallatome nichts voneinander «spüren» und die Fläche wäre auch nicht magnetisch. Die entscheidende Wirkung erfolgt durch die Leitungselektronen des Goldsubstrates. Modellrechnungen von Forschenden der Universität Uppsala (Schweden) bestätigen die experimentellen Beobachtungen und liefern den Hinweis, dass an der Goldoberfläche gebundene Elektronen für diese Interaktionen verantwortlich sind. Die molekulare Anordnung kann mittels der sogenannten Rastertunnelmikroskopie abgebildet werden.

Ausschnitt einer Goldoberfläche mit einer Monolage von zwei Arten von magnetischen Molekülen, welche im Schachbrettmuster angeordnet sind. Die roten und blauen Pfeile zeigen die Richtung der einzelnen magnetischen Momente (Spins) der Eisen- und Mangan-Ionen an. Es resultiert ein zweidimensionaler Ferrimagnet. © Thomas Jung, PSI, Schweiz.

 

Kombination von Physik und Chemie
«Die Forschungsarbeit zeigt, dass mit einer geschickten Kombination von Materialien und einer speziellen Nanoarchitektur neuartige magnetische Strukturen hergestellt werden können», sagt Silvio Decurtins vom Departement für Chemie und Biochemie der Universität Bern. Um Fragestellungen aus Computerwissenschaften und Materialwissenschaften erfolgreich angehen zu können, ist die Forschungszusammenarbeit von Physikern und Chemikern ein entscheidender Faktor, sagt Decurtins: «Nur dies ermöglicht den Fortschritt in der Nanotechnologie, der Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts».
In direktem Zusammenhang mit diesen Forschungsergebnissen wird ein wissenschaftliches Konsortium der EPFL, ETHZ, PSI und Universität Bern im September 2017 eine internationale Konferenz in der Schweiz organisieren. Im Zentrum steht die Untersuchung von Nano-Architekturen von Atomen und Molekülen auf Oberflächen: «Operating Quantum States in Atoms and Molecules at Surfaces».

 

Quelle: Uni Bern

Aktuell

ZHAW Science Week seit fünf Jahren: spannende Kurse für Jugendliche

Was ist in Chips drin? Haben Roboter Gefühle? Ist Rotkohl rot oder blau? Antworten auf diese und andere Fragen gibt die Science Week vom 6. bis 10. August 2018 an der ZHAW in Wädenswil. Ju- gendliche zwischen 12 und 15 Jahren werden zu Forscherinnen und Forschern und erleben Naturwis- senschaften hautnah. Dabei experimentieren sie selbst und setzen das Gelernte in die Praxis um. Die Science Week wird 2018 bereits zum fünften Mal durchgeführt.

Die ZHAW Science Week schreibt Erfolgsgeschichte. Das bunte Programm rund um Naturwi ssenschaften lockt seit 2013 jährlich rund 200 Jugendliche an. Sie erleben Hochschule hautnah und werden selbst zu For- schenden. Im Durchschnitt besuchen sie zwei bis drei Kurse. Vor zwei Jahren wurde die Science Week um zwei Angebote erweitert. Neu bekommen auch jüngere Geschwister im Alter zwischen 6 und 11 Jahren ei- nen Einblick in die Naturwissenschaften. Und mit dem «Girls-Only-Day» werden Mädchen angesprochen, die sich für die MINT-Disziplinen interessieren, aber in ihrem Kurs unter sich bleiben wollen.

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Evonik wandelt Projekthaus Medical Devices in ein Kompetenzzentrum um

Die Menschen werden nicht nur immer älter, sie wollen auch bis ins hohe Alter gesund und aktiv sein. Entsprechend steigt der Bedarf an Medizinprodukten. Spezialpolymere wie RESOMER® und VESTAKEEP® von Evonik spielen hier als Implantatmaterialien bereits eine wichtige Rolle. Um diesen attraktiven Wachstumsmarkt noch besser bedienen zu können, hat Evonik in den vergangenen vier Jahren mit seinem Projekthaus Medical Devices umfangreiche Kompetenzen im Bereich orthopädische Chirurgie aufgebaut – in den USA, dem größten Einzelmarkt für Medizintechnik. Das zeitlich befristete Projekthaus in Birmingham (Alabama) wird zum 1. April 2018 in ein dauerhaftes Kompetenzzentrum überführt.

„Wo es um patientenfreundliche medizintechnische Lösungen geht, wollen wir Evonik als führenden Materialanbieter und Entwicklungspartner positionieren“, sagt Harald Schwager, stellvertretender Vorstandsvorsitzender von Evonik und zuständig für Innovation. „Das Projekthaus hat uns hier ein großes Stück vorangebracht.“

Über 20 hochqualifizierte Wissenschaftler beschäftigen sich in Birmingham seit 2014 mit der Weiterentwicklung bestehender Materialien und Anwendungstechnologien. Neben etablierten Technologien wie dem Extrusions- und Spritzgussverfahren setzt das Projekthaus moderne Prozesstechnologien wie 3D-Druck und Elektrospinning ein, um Materialeigenschaften zu untersuchen und Prototypen herzustellen.

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Flüssigkeitsanalyse-Spezialist Endress+Hauser Conducta erhält den European Business Award sowie das TOP JOB-Siegel

Endress+Hauser Conducta ist zum fünften Mal in Folge mit dem European Business Award ausgezeichnet worden. Das Kompetenzzentrum der Endress+Hauser Gruppe für Flüssigkeitsanalyse setzte sich 2018 in der Kategorie „Business of the Year“ als „National Winner“ durch. Außerdem erhielt das Unternehmen als einer der besten Arbeitgeber im deutschen Mittelstand auch wieder das TOP JOB-Siegel.

„Begeisterte Mitarbeiter und der Fokus auf kundenorientierte Innovationen bilden die Basis für unseren nachhaltigen Erfolg”, sagt Dr. Manfred Jagiella, Geschäftsführer von Endress+Hauser Conducta und Mitglied des Vorstands der Endress+Hauser Gruppe.

Der European Business Award wird seit 2007 in elf unterschiedlichen Kategorien verliehen. Die Jury, bestehend aus namhaften Vertretern aus Politik und Wirtschaft, bewertet die Innovationskraft, die ethische Ausrichtung, den wirtschaftlichen Erfolg sowie eine nachhaltige Unternehmensausrichtung, die flexibel auf dynamische Marktbedingungen reagiert.

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11. - 15. Juni 2018
Frankfurt am Main
Weltforum und Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

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Seminar: Messen, regeln, mischen und generieren von geringen Gasmengen

 

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7.Juni 2018

 

Sählihof, Riggenbachstrasse 8, Olten

Seminar: Messen, regeln, mischen und generieren von geringen Gasmengen

 

Veranstalter: Contrec AG

Tel 0447463220

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https://www.contrec.ch/seminar-gase-regeln

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ILMAC Lausanne

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3. und 4. Oktober, 2018
Expo Beaulieu Lausanne
für die frabzösischsprachige Schweiz
Platforme pour la chimie, la pharmacie et la biotechnologie

ilmac.ch/lausanne

 

IFAS 2018

 

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23.-26. Oktober 2018
Messe Zürich
Fachmesse für den Gesundheitsmarkt

www.ifas-messe.ch