Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

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06.08.2020: Spintronik:
Forscher zeigen, wie sich nichtmagnetische Materialien
magnetisch machen lassen

Eigentlich nicht-magnetische Oxid-Materialien lassen sich durch ein komplexes Verfahren so verändern, dass sie magnetisch werden. Grundlage für dieses neue Phänomen ist ein kontrolliertes Wachstum der einzelnen Materialschichten Atomlage für Atomlage. Über das unerwartete Ergebnis berichtet ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in der Fachzeitschrift "Nature Communications".

Die theoretischen Berechnungen und Erklärungen für dieses neu entdeckte Phänomen haben die Physiker um Ingrid Mertig angefertigt. Experimentell überprüft wurde das Verfahren dann von mehreren Arbeitsgruppen in ganz Europa - auch von der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Kathrin Dörr von der MLU, die den Magnetismus in den Materialien nachweisen konnte. "Durch diese Kombination aus Computersimulationen und Experimenten konnten wir den komplexen Mechanismus entschlüsseln, der für die Entstehung des Magnetismus verantwortlich ist", so Mertig.

Die Studie geht auf die Arbeit des ehemaligen Sonderforschungsbereichs 762 "Funktionalität oxidischer Grenzflächen" an der MLU zurück, der von 2008 bis 2019 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wurde.

04.03.2020: Magnetische Wirbel als Informationsträger der Zukunft

Magnetische Skyrmionen und Antiskyrmionen sind mikroskopisch kleine Wirbel, die in bestimmten magnetischen Materialien auftreten. Diese Nano-Objekte könnten als digitaler Informationsträger genutzt werden – je nach Anwesenheit oder Abwesenheit in einem magnetischen Streifen. Ein Forschungsteam der Max-Planck-Institute (MPI) für Mikrostrukturphysik in Halle und für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) hat nun entdeckt, dass beide Wirbel in bestimmten Materialien koexistieren können, was das Speicherpotential weiter erhöht. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "Nature Communications" veröffentlicht.

Durch die drastisch gestiegene Anzahl an elektronischen Geräten hat sich der Bedarf an Speicherplatz in den letzten Jahren dramatisch erhöht. Mit herkömmlichen Speicher-Technologien ist es schwierig geworden, mit dieser Entwicklung Schritt zu halten. Gleichzeitig steht der hohe Energieverbrauch dieser Technologien - hard disk drives (HDD) und random-access memories (RAM) - einer "grünen Zukunft" im Weg. Daher werden komplett neue, leistungsfähigere Speicher mit einem geringeren Energieverbrauch benötigt.

Ein vielversprechendes Konzept ist der magnetische "Racetrack"-Datenspeicher. Er besteht aus einzelnen nanoskopisch kleinen magnetischen Streifen (den "Racetracks"), in denen die Information über magnetische Nano-Objekte gespeichert ist - zum Beispiel über die Anwesenheit oder die Abwesenheit gleichartiger Objekte an bestimmten Positionen. Ein möglicher Informationsträger ist das magnetische (Anti-)Skyrmion. Es ist ein enorm stabiler Wirbel der Magnetisierung mit einer variablen Größe zwischen Mikrometern und Nanometern. Die einzelnen Objekte können geschrieben, gelöscht, gelesen und mit Strömen bewegt werden. Das heißt, der Speicher arbeitet ohne bewegliche Teile. "Indem man mehrere Racetracks übereinanderstapelt, erhöht sich die Speicherkapazität drastisch verglichen mit solid-state drives (SSD) oder hard disk drives (HDD). Weiterhin arbeitet der Racetrack-Speicher mit einem Bruchteil der Energie herkömmlicher Speichereinheiten. Er ist wesentlich schneller, kompakter und zuverlässiger", erklärt Prof. Dr. Stuart Parkin, Direktor des MPI für Mikrostrukturphysik in Halle und Alexander von Humboldt-Professor an der MLU.

"Skyrmionen und Antiskyrmionen sind 'entgegengerichtete’ magnetische Wirbel. Bis vor Kurzem ging man davon aus, dass diese beiden Objekte nur in unterschiedlichen Materialklassen auftreten können", erklärt Prof. Dr. Ingrid Mertig vom Institut für Physik der MLU. Das Forschungsteam der Max-Planck-Institute in Halle und Dresden und der MLU hat nun jedoch entdeckt, dass Skyrmionen und Antiskyrmionen unter bestimmten Bedingungen sogar in ein und demselben Material koexistieren können. Dr. Börge Göbel, wissenschaftlicher Mitarbeiter in Mertigs Forschungsgruppe, lieferte die theoretische Erklärung für die unerwartete Entdeckung, die von Jagannath Jena aus Parkins Gruppe gemessen wurde. Die verwendeten Materialien, sogenannte Heusler Verbindungen, wurden von Dr. Vivek Kumar in der Gruppe von Prof. Dr. Claudia Felser am MPI in Dresden hergestellt.

08.10.2019: Patentiertes Konzept aus Halle: Neuartige, magnetische Tunneldioden und -transistoren

Gängige Computerprozessoren kommen aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften immer mehr an ihre Grenzen. Neuartige Materialien könnten hier Abhilfe schaffen. Ob und wie sich diese entwickeln lassen könnten, haben Physikerinnen und Physiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) untersucht. Sie haben ein neues Bauelementkonzept vorgeschlagen, das die neuesten Erkenntnisse aus dem Bereich der Spintronik nutzt und dieses zum Patent angemeldet. Über die Forschung berichtet das Team im Fachjournal "ACS Applied Electronic Materials".

Mit ihrem neuen Konzept wollen die Forscher der MLU die Speicherung von Daten und die Durchführung von Rechenoperationen in einem einzigen Bauteil vereinen, was eine "All-in-One"-Chip-Lösung für die zukünftige Computer-Technologie ermöglichen könnte. Gängige Prozessoren bestehen aus Milliarden Transistoren, in denen Daten verarbeitet werden. "Die Energieeffizienz dieser einzelnen Bauteile bestimmt den Energieverbrauch des gesamten Prozessors", sagt die Physikerin Prof. Dr. Ingrid Mertig von der MLU. Das größte Problem sei zudem immer noch der Energieverlust durch die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme, so die Forscherin weiter. Gleichzeitig muss bei der Entwicklung dieser Bauteile abgewogen werden: Entweder sind sie sehr leistungsfähig und energieeffizient, können dann aber nur für einen bestimmten Zweck verwendet werden. Oder sie sind vielseitig einsetzbar, erbringen dafür eine geringere Leistung und benötigen mehr Energie. Das Forschungsteam der MLU ist für seine neue Entwicklung der Frage nachgegangen, ob sich mit Hilfe der Spintronik diese Probleme lösen lassen.

"Die neuen Dioden und Transistoren, wie wir sie vorschlagen, verbinden Datenverarbeitung und -speicherung, sie verlieren dabei keine Energie und sie können neu konfiguriert werden", fasst der Physiker Dr. Ersoy Şaşıoğlu von der MLU zusammen. Das Konzept für diese Spintronik-Bauteile wurde bereits zum Patent angemeldet.

09.09.2019: Spintronik: Physiker entdecken neues Material für hocheffiziente Datenverarbeitung

Ein neues Material könnte dabei helfen, extrem energiesparende Anwendungen in der Informationstechnologie zu entwickeln. Entdeckt wurde es von einem internationalen Forschungsteam unter Beteiligung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Die Elektronen an der Grenzfläche des Materials zeigen besondere Eigenschaften, die zu einer drastisch erhöhten Umwandlungrate eines Spinstroms in einen Ladungsstrom führen. Diese ist die Grundlage für zukünftige Anwendungen in der Spintronik. Damit erweist sich das neue Material als effizienter als alle bisher untersuchten, wie das Team im Fachjournal "Nature Materials" schreibt.

Durch alle technischen Geräte fließt elektrischer Strom. Dabei entsteht Wärme, Energie geht verloren. Die Spintronik erforscht unter anderem neue Konzepte, um dieses Problem zu lösen. Genutzt wird dabei eine spezielle Eigenschaft von Elektronen: der Spin. Dabei handelt es sich um eine Art Eigendrehimpuls von Elektronen, der ein magnetisches Moment erzeugt und Ursache des Magnetismus ist. Die Idee: Fließen anstelle von elektrischen Ladungen Spinströme durch ein Material, entsteht dabei keine Wärme und es kommt zu einem deutlich geringeren Energieverlust in den Geräten. "Ganz ohne elektrischen Strom kommt der Ansatz jedoch nicht aus. Daher ist eine effiziente Umwandlung zwischen Spin und Ladung erforderlich, um diese neuartige Technologie zu realisieren", sagt die Physikerin Prof. Dr. Ingrid Mertig von der MLU. Ihre Arbeitsgruppe ist Teil des internationalen Forschungsteams, das das neue Material entdeckt hat. Geleitet wurde die Arbeit vom französischen Physiker Dr. Manuel Bibes, der am renommierten Centre national de la recherche scientifique (CNRS) - Thales forscht.

Die Gruppe untersuchte die Grenzfläche zwischen zwei Oxiden. "Die beiden Stoffe sind eigentlich Isolatoren, die nicht leiten. An ihrer Grenzfläche entsteht aber eine Art zweidimensionales Elektronengas, das sich wie ein Metall verhält, Ströme leitet und mit einer extrem hohen Effizienz Ladungsstrom in Spinstrom umwandeln kann", erklärt Mertig. Dr. Annika Johansson und Börge Göbel aus ihrer Arbeitsgruppe lieferten die theoretische Erklärung dafür. Das neue Material ist den Forschenden zufolge deutlich effizienter als alle anderen bisher bekannten Materialien. Damit könnte es den Weg ebnen für die Entwicklung neuer, energiesparender Computer.

27.04.2018: Halles Physiker auf Erfolgskurs

Erfolgreicher Wissenstransfer funktioniert nur mit sehr guter Grundlagenforschung. Die betreiben an der Universität unter anderen die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Instituts für Physik: Dort sind nicht nur drei Sonderforschungsbereiche (SFB) der Deutschen Forschungsgemeinschaft und eine Alexander von Humboldt-Professur angesiedelt. Die Forscherinnen und Forscher sind auch international bestens vernetzt und machen regelmäßig mit Publikationen in renommierten Fachjournalen auf sich aufmerksam.

Das mit 14 Professuren vergleichsweise kleine Institut für Physik der Martin-Luther-Universität wird aktuell mit drei Sonderforschungsbereichen der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Im einzelnen sind dies der seit 2008 bestehende SFB 762 „Funktionalität oxidischer Grenzflächen“, der mit der Universität Leipzig 2011 etablierte Transregio-SFB 102 „Polymere unter Zwangsbedingungen“ sowie der im vergangenen Jahr gemeinsam mit der Freien Universität Berlin neu eingeworbene Transregio-SFB 227 „Ultraschnelle Spin­dynamik“   . Alle drei Initiativen sind eingebettet in den naturwissenschaftlichen Forschungsschwerpunkt „Materialwissenschaften – Nanostrukturierte Materialien“ an der Universität, der sich mit der Entwicklung neuartiger Materialien und innovativer Messmethoden befasst.

Die hallesche Physik hat sich auch weltweit einen Namen gemacht – sowohl als Veranstaltungsort für internationale Tagungen als auch als Einrichtung für hochangesehene Gastwissenschaftler. Gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik    gelang es den Physikern 2013, den Erfinder der modernen Festplattentechnologie Prof. Dr. Stuart Parkin über eine Alexander von Humboldt-Professur – Deutschlands höchstdotierten internationalen Forschungspreis – nach Halle zu holen. Auch der französische Physik-Nobelpreisträger Prof. Dr. Albert Fert gehört seit 2014 zu den Gästen des Instituts. Und erst vor wenigen Wochen erhielt Dr. Manuel Bibes vom renommierten Centre national de la recherche scientifique (CNRS) Thales den Friedrich Wilhelm Bessel-Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung, um für mehrere Monate in Halle zu arbeiten.

17.12.2015: Hugo-Junkers-Preis für Nicki Hinsche

Der Physiker Dr. Nicki Hinsche erhielt den ersten Preis in der Kategorie Grundlagenforschung des Hugo-Junkers-Preises für Forschung und Innovation aus Sachsen-Anhalt 2015 für das Projekt „Nanostrukturierte thermoelektrische Schichtsysteme“. „Ich bin für die Preisverleihung extra aus Kopenhagen angereist“, sagt  Dr. Nicki Hinsche, der mittlerweile an Dänemarks Technischer Universität arbeitet. Für sein Projekt hat er im Merseburger Ständehaus den mit 10.000 Euro dotierten ersten Preis für das innovativste Vorhaben der Grundlagenforschung erhalten. Die Forscher können beispielsweise Abwärme nutzen, die etwa von technischen Geräten aber auch von Lebewesen erzeugt und an die Umwelt abgegeben wird, um diese in elektrische  Energie umzuwandeln.

20.11.2015: SFB 762 wird für weitere vier Jahre gefördert

Der DFG-Senatsausschuss für die Sonderforschungsbereiche hat in seiner Sitzung am 19.11.2015 einstimmig die Weiterförderung des SFB 762 beschlossen. Die Fördersumme des SFB für die Jahre 2016 bis 2019 beträgt jährlich rund 2,5 Millionen Euro, alle 21 beantragten Teilprojekte werden gefördert.

„Die Gutachter der DFG haben uns bescheinigt, dass sich der SFB 762 zu einem international sichtbaren Zentrum für oxidische Grenzflächen entwickelt hat. Darauf sind wir stolz!", sagt die Sprecherin des SFB Prof. Dr. Ingrid Mertig.

06.03.2015: Physik-Nobelpreisträger Albert Fert zu Besuch an der Universität Halle

Der französische Physik-Nobelpreisträger Professor Albert Fert kommt zu seinem ersten Forschungsaufenthalt an die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. In einem Physikalischen Sonderkolloquium auf dem Weinberg-Campus spricht er am Donnerstag, 12. März, ab 17.15 Uhr öffentlich über die Spin-Orbitronik, die zukünftig eine leistungsstärkere und gleichzeitig energieeffizientere Computertechnik ermöglichen soll. Albert Fert ist diesjähriger Träger des Humboldt-Forschungspreises der Alexander von Humboldt-Stiftung. Das Preisgeld nutzt er unter anderem für mehrere Forschungsaufenthalte in Halle.

Gastgeberin für Ferts Aufenthalt ist Prof. Dr. Ingrid Mertig, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs (SFB) 762 "Funktionalität oxidischer Grenzflächen", der zum Forschungsschwerpunkt "Nanostrukturierte Materialien" zählt, an dem neben der Universität auch das MPI für Mikrostrukturphysik beteiligt ist. Im SFB erforschen die Wissenschaftler oxidische Nanostrukturen, die wie die Spin-Orbitronik das Potenzial für neue Speichertechnologien in sich bergen. "Auf die Zusammenarbeit mit Albert Fert freuen wir uns sehr und erwarten neue Impulse auch für unseren SFB", sagt Ingrid Mertig.

28.10.2014: Humboldt-Forschungspreis für Albert Fert

Der für die Vergabe von Forschungspreisen zuständige Auswahlausschuss der Alexander von Humboldt-Stiftung    hat auf seiner letzten Sitzung am 24.10.2014 beschlossen, einen Humboldt-Forschungspreis    an Prof. Albert Fert    (Frankreich) zu verleihen.

Albert Fert, der im Jahr 2007 zusammen mit Peter Grünberg den Nobelpreis für Physik für die Entdeckung des Riesenmagnetwiderstands (GMR) erhalten hat, wird das Preisgeld für Forschungsaufenthalte in Deutschland, unter Anderem in Halle, nutzen. In Halle wird Albert Fert auch mit Stuart Parkin    zusammenarbeiten, dessen Verdienst die technologische Entwicklungsarbeit zur Nutzbarmachung des GMR in modernen Speichermedien ist.

12.05.2014: Artikel wurde als Highlight 2013 des New Journal of Physics ausgewählt

H. Mirhosseini, M. Flieger, and J. Henk
Dirac-cone-like surface state in W(110): dispersion, spin texture and photoemission from first principles
New J. Phys. 15, 033019 (2013)   

Urkunde
NJP-Urkunde.pdf (627,8 KB)  vom 12.05.2014

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