Struktur, Magnetismus und Spindynamik einkristalliner oxidfreier Fe und FePt Nanopartikel auf atomarer Skala

• Applicant: Professor Dr. Michael Farle, since 7/2011
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2011 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 193781274

• Final Report Year: 2015

Final Report Abstract

Das Projekt wollte die kontrollierte Modifikation magnetischer Fe Nanopartikel bei Oxydation und Reduktion mit atomarer Auflösung im Transmissionselektronenmikroskop nachweisen und die Wirkung dieser Modifikationen auf das magnetische Verhalten mittels Ferromagnetischer Resonanz nachweisen. Hierzu wurde ein Probentransfersystem zwischen Transmissionselektronenmikroskop, Ultrahochvakuum-Analyse und Modifikations-Apparatur entwickelt. Es konnte gezeigt werden, dass diese Messungen in allen Phasen der Analyse in einem Vakuum besser al 10^-10 mbar durchgeführt werden müssen, um eine eindeutige Korrelation von Teilchenmorphologie,-struktur, und –chemie mit den magnetischen Eigenschaften an dem gleichen Nanopartikel zu erlauben. Des weiteren wurde gezeigt, dass nichtmischbare binäre und ternäre Fe basierte Nanopartikelsysteme (5 – 10 nm Größen) in der Gasphase hergestellt und thermisch angelassen werden können ohne durch Restgase kontaminiert zu werden. Die Physik der Entmischung, die entweder durch spinodale Entmischung kompositionsabhängig ist. So zeigen z.B. Fex-Cu1-x Legierungen für x =60 und 40 eine spinodale Entmischung in Fe und Cu reiche Bereiche, während für x=25 die Entmischung durch Nukleation und Wachstum erfolgt. Zur magnetischen Charakterisierung wurden Mikroresonatoren entwickelt, welche eine Spitzen- Nachweisempfindlichkeit ferromagnetischer Resonanzen an Nanopartikeln mit 10^6 µB atomaren magnetischen Momenten zeigen. Diese entspricht dem Nachweis eines einzelnen superparamagnetischen Fe Partikels (Nanowürfel) mit ungefähr 40 nm Kantenlänge. Das Design dieser Mikroresonatoren erlaubt es, diese zukünftig als Raster-FMR-Sensoren mit einer lateralen Auflösung von 10 µm auf glatten magnetischen Oberflächen zu verwenden.

Publications

• Applications of Ferromagnetic Resonance in Characterization of Materials, in: Characterization of Materials (Wiley 2012)
  J. Lindner, R. Meckenstock, and M. Farle
  
• Diffusion Enhancement in FePt Nanoparticles for L10 Stability Nanoparticles from the Gas Phase, NanoScience and Technology Part 2, 123 (2012)
  M. Acet, M. Spasova and A. Elsukova
  
• Imaging magnetic responses of nanomagnets by XPEEM. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 185 (2012) 365 – 370
  Sandig, O., Herrero-Albillos, J., Römer, F.M., Friedenberger, N., Kurde, J., Noll, T., Farle, M., Kronast, F.
  
• Intrinsic Magnetism and Collective Magnetic Properties of Size-Selected Nanoparticles in A. Lorke et al. (eds.), Nanoparticles from the Gas Phase, NanoScience and Technology, p. 273 Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2012
  C. Antoniak, N. Friedenberger, A. Trunova, R. Meckenstock, F. Kronast, K. Fauth, M. Farle and H. Wende
  
• Spin Dynamics in the Time and Frequency Domain, in Magnetic Nanostructures, Springer Tracts in Modern Physics 246 (2013) 37-83
  M. Farle, T. Silva, and G. Woltersdorf
  
• Chemically ordered decahedral FePt nanocrystals observed by electron microscopy. Phys. Rev. B 89 (2014) 161406(R)
  Zi-An Li, M. Spasova, Q. M. Ramasse, M. E. Gruner, C. Kisielowski, and M. Farle
  
• Dipole-Dipole Interaction in arrays of Fe/FexOycore/shell nanocubes probed by ferromagnetic resonance. IEEE Transactions on Magnetics 50(12) (2014) 1301209
  A. Sukhov, P.P. Horley, J. Berakdar, A. Terwey, R. Meckenstock, M. Farle