Periode 2006-2009 Teilprojekte A

Teilprojekte im Projektbereich A

Die Schwerpunkte der einzelnen Teilprojekte (TP) liegen auf den folgenden Gebieten:

A1: Magnetische Spektroskopie einzelner Atome, Ketten und Nanostrukturen

In TP A1 wird der Einfluss einzelner nichtmagnetischer Adsorbate auf magnetische Oberflächen sowie umgekehrt die Wechselwirkung magnetischer Adatome mit nichtmagnetischen Substraten mittels spinpolarisierter Rastertunnelmikroskopie (SP-RTM) studiert. Während im ersten Fall die Streuung und Interferenz spinpolarisierter itineranter Zustände an nichtmagnetischen Adsorbaten untersucht wird, steht im zweiten Fall der Übergang vom Kondo- zum RKKY-Regime im Zentrum des Interesses. Dabei wird die Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld, von der Temperatur sowie der Größe der - hauptsächlich mittels Selbstorganisation hergestellten - magnetischen Cluster studiert.

A2: Elektronische und vibronische Eigenschaften von Anordnungen magnetischer Atome

Der Schwerpunkt bei TP A2 liegt auf der Untersuchung mittels Einzelatommanipulation hergestellter Strukturen, wobei insbesondere die Schwelle einer permanenten magnetischen Ordnung mittels spinintegrierter und spinaufgelöster Rastertunnelmikroskopie studiert wird. Zudem sind Messungen zur Anregung von Schwingungsmoden und zur Kondo-Reibung an einzelnen magnetischen Adatomen geplant, für die eine ausgeprägte Temperaturabhängigkeit vorhergesagt wurde.

A3: Electronic structure and magnetism of correlated nanosystems

Die beiden vorhergehenden Teilprojekte sind eng mit TP A3 verknüpft, in dem durch die Kombination von ab-initio Methoden und mean field Ansätzen der Übergang vom schwach gekoppelten magnetischen Einzelatom zum stark delokalisierten System theoretisch untersucht wird. Dadurch wird es möglich Korrelationseffekte zu berück-sichtigen, ohne auf realistische Materialeigenschaften verzichten zu müssen, so dass neben einer grundsätzlichen Klassifizierung verschiedener Adsorbat/Substrat-Systeme auch ein detaillierter Vergleich mit den experimentellen Daten aus den zuvor aufgeführten Teilprojekten möglich ist.

A4: Magnetische Eigenschaften eindimensional gestapelter Metallkomplexe

In TP A4 werden metallorganische Moleküle synthetisiert, ihre magnetischen Eigenschaften experimentell mittels ESR- und NMR-Messungen gemessen und theoretisch durch begleitende Dichtefunktional-Rechnungen untersucht. Während eindimensional gestapelte Metallocene aufgrund ihrer ausgeprägten Anisotropie gleichsam molekulare Stabmagnete darstellen, die als molekulare Schalter Anwendung finden könnten, steht im Falle der planaren Schiff-Base-Komplexe die Wechselwirkung der spinbehafteten Zentralatome mit magnetischen Oberflächen im Fokus des Interesses.

A5: Lokale physikalische Eigenschaften magnetischer Moleküle

Insbesondere durch die enge Kooperation mit TP A5, in dem die in TP A4 synthetisierten und auf Oberflächen adsorbierten molekularen Magnete mittels Rastersondenmethoden lokal charakterisiert werden, sind neue Erkenntnisse zur Adsorbat/Substrat-Wechselwirkung zu erwarten. Das Ziel ist hierbei, über spinpolarisiertes Tunneln und über die Austauschwechselwirkung direkt die lokale intramolekulare Spindichteverteilung abzubilden und Aufschluss über die intermolekulare magnetische Kopplung zu erhalten.

A7: Magnetische Eigenschaften von Übergangsmetallclustern und Nanokristallen

TP A7 nutzt die hohe Brillanz und Polarisation der Röntgenstrahlung, welche von Synchrotronstrahlungsquellen zur Verfügung gestellt wird, um mittels magnetischem Zirkulardichroismus (XMCD) ein detailliertes Verständnis der Größenabhängigkeit des Magnetismus von Nanostrukturen - ausgehend vom einzelnen Atom, über kleine Cluster bis hin zu Nanopartikeln - zu erzielen. Dieses Teilprojekt stellt methodisch eine wichtige Erweiterung gegenüber den Teilprojekten A1-A5 dar, da der XMCD elementspezifisch ist und diese Technik es zudem ermöglicht, magnetische Spin- und Bahnmomente voneinander zu trennen.

A8: Spinabhängige lokale Elektronenstruktur einzelner magnetischer Nanodrähte und Nanoinseln

Im Mittelpunkt von TP A8 steht die Frage, wie sich laterale Beschränkungen von adsorbierten Nanostrukturen auf die spinabhängigen elektronischen und magnetischen Eigenschaften auswirken. Mit spinpolarisierter Rastertunnelmikroskopie sollen Confinement-Zustände nanoskaliger magnetischer Inseln sowie deren Wechselwirkung mit Streuzuständen des nichtmagnetischen Substrats untersucht werden. Die Strukturen sollen dann systematisch bis hin zu Clustern aus wenigen Atomen verkleinert werden, um lokal Grenzen und Bedingungen für magnetisch geordnete Strukturen zu erforschen.

A11: Theory of magnetic ordering in nanostructures and nanoarrays

In TP A11 wird die Gleichgewichtskonfiguration magnetischer Nanostrukturen mittels Monte-Carlo-Methoden berechnet. Neben der Berücksichtigung der langreichweitigen dipolaren Kopplung und der Symmetrie des atomaren Gitters erlauben Monte-Carlo-Methoden auch thermische Fluktuationen während des Abkühlens der Probe zu simulieren. Um das Verfahren noch leistungsfähiger zu machen, sollen orientierungs- und abstandsabhängige Austauschkonstanten, biquadratische Austauschterme und Vielteilchen-Wechselwirkungen implementiert werden.

A12: Skalenbedingtes Magnetisierungsverhalten und magnetische Feinstruktur von Nanosystemem

Ziel von TP A12 ist die Untersuchung sowohl einzelner als auch periodisch angeordneter, epitaktischer Nanostrukturen mittels Rasterelektronenmikroskopie mit Polarisationsanalyse (SEMPA) und magneto-optischem Kerr-Effekt (MOKE). Zunächst wird an Einzelstrukturen die Formanisotropie und ihre Abhängigkeit von strukturellen Eigenschaften des Partikelrandes studiert, um zu einem quantitativen Verständnis der magnetostatischen Selbstenergie zu kommen. An Gittern periodisch angeordneter Nanostrukturen soll schließlich untersucht werden, wie sich Änderungen der Gittersymmetrie und der Teilchengröße bzw. des Teilchenabstandes auswirken. Hierbei wird ein besonderes Augenmerk auf Multipolkomponenten höherer Ordnung liegen, die über die bislang üblicherweise verwendete Dipolnäherung hinausgehen und in TP A11 theoretisch behandelt werden.

A13: Dimensionale Abhängigkeiten korrelierter Nano-Elektronensysteme auf Oberflächen

Gegenstand des TP A13 ist die realistische Beschreibung des dimensionalen Crossovers und den damit verbundenen Änderungen der physikalischen Eigenschaften, im Besonderen des magnetischen Verhaltens, nanostrukturierter Metallsysteme auf Oberflächen. Hierzu ist geplant sowohl den Übergang von lateral arrangierten Nanoinseln zu atomar strukturierten Systemen mit zweidimensionaler (2D) Fernordnung, als auch Multichain-Strukturen ausgehend vom Limes eindimensionaler (1D) Ketten zu untersuchen. Entsprechende Nanosysteme werden von experimenteller Seite beispielsweise in den Teilprojekten A1, A2, A7, A8 und A12 studiert. Neben der Erforschung der expliziten Nanophysik ausgewählter Materialsysteme soll dabei auch der methodischen Weiterentwicklung der theoretischen Formalismen zur Handhabung solcher Problemstellungen ausreichend Raum bereitgestellt werden.

A14: Substrateinfluss auf metallischen Ferromagnetismus von Nanoketten

Ziel des TP A14 ist es, ein grundlegendes physikalisches Verständnis der Bedeutung und des Einflusses eines nichtmagnetischen Substrats auf die kollektive ferromagnetische Ordnung eindimensionaler metallischer Nanostrukturen mit itineranten magnetischen Momenten zu erarbeiten. Durch Einsatz dynamischer Mean-Field- und Cluster-Approximationen werden magnetische Grundzustandsphasendiagramme in Abhängigkeit von charakteristischen Parametern der elektronischen Struktur und insbesondere von Art und Stärke der Kopplung mit dem Substrat berechnet und vor dem Hintergrund experimenteller Resultate diskutiert.