Maßvoll in die Nanowelt

Schon Salomo waren "zweierlei Gewicht und zweierlei Maß" ein Gräuel. Um einerlei Maß zu wahren, existiert beispielsweise das Urkilogramm, das ein Kilogramm erst zu einem Kilogramm macht. Doch auch putzen sollte man wohl in Maßen; denn ein Quäntchen zu viel Schrubbeifer soll maßgeblich dazu beigetragen haben, das Urkilogramm in Paris zu erleichtern. Zum Glück gibt's ja aber die Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig, die messtechnische Prototypen und Duplikate bewahrt und außerdem daran arbeitet, ein neues putzresistentes Urkilogramm zu konzipieren. Messtechnisch will man dort aber auch allerkleinste Welten erschließen. Schwierig wird's in der Nanowelt, die sich nicht nur in ihrer Kleinheit, sondern auch in ihren Eigenschaften von größeren Maßstäben unterscheidet. So hatte man im Bereich des Nanomagnetismus bislang mit dem Problem zu kämpfen, mit einem Magnetkraftmikroskop die Magnetfelder allerkleinster Strukturen zwar abbilden, nicht aber exakt messen und bestimmen zu können. Jetzt allerdings hat die Arbeitsgruppe "Magnetische Messtechnik" der PTB gemeinsam mit der Universität Göttingen ein Verfahren entwickelt, um mit dem Magnetkraftmikroskop die Magnetfelder kleinster Strukturen messen zu können. Dafür sollen Standards geschaffen werden, an denen man weitere Messungen kalibrieren kann. Denn zweierlei Maß ist auch der PTB ein Gräuel. (mba)

Seit einigen Jahren gewinnt die Nanotechnologie rasant an Bedeutung. Denn die Teilchen aus der Welt des Allerkleinsten haben spezielle chemische und physikalische Eigenschaften, die man auf vielfältige Weise nutzen kann. Die magnetischen Eigenschaften von Nanoteilchen kommen beispielsweise sowohl medizintechnischen Innovationen als auch magnetischen Datenspeichermedien zugute. Hand in Hand mit der Entwicklung neuer Herstellungstechniken solcher Nanoteilchen wird auch die Messtechnik weiterentwickelt.
Auch in der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, in der die Forschung sich um die Basis alles Messens dreht, ist man den Grundlagen des Nanomagnetismus auf der Spur. Unter anderem geht es dabei um die Entwicklung eines quantitativen Messverfahrens mit einem Magnetkraftmikroskop, um magnetische Phänomene auf Längenskalen von weniger als einem Millionstel Millimeter zu analysieren. Ein Problem dabei stellte bislang die eindeutige Messbarkeit solcher Strukturen dar. Man konnte die Magnetfelder mit einem Magnetkraftmikroskop zwar in Graustufen abbilden, sie aber nicht quantitativ bestimmen, das heißt, ihr nicht eindeutig Zahlen in der Maßeinheit für die Stärke eines Magnetfeldes zuordnen. Ein solches Verfahren, um das Magnetfeld und daraus auch die Magnetisierung kleinster Strukturen quantitativ und rückgeführt zu bestimmen, entwickelt der Fachbereich Halbleiterphysik und Magnetismus der PTB gemeinsam mit der Universität Göttingen. "Es geht darum, die Magnetisierung auf einen Standard zu beziehen, eine Referenz, an der man die Messung kalibrieren kann", erklärt Projektleiterin Sibylle Sievers. "Magnetische Strukturen erzeugen ein Streufeld, das man messen kann. Zunächst muss dieses Streufeld vermessen werden. Dann kann aus diesem Streufeld auf die magnetische Struktur zurückgerechnet werden." Erst dann kann man exakt bestimmen, wie die Struktur aussieht, die das Streufeld erzeugt hat. Als Referenzmaterial sollen dünne Schichten aus hartmagnetischen Materialien verwendet werden. Ist damit die Abbildungsfunktion des Magnetkraftmikroskops ermittelt, so können beliebige Strukturen untersucht werden. Durch mathematische Inversionen wird schrittweise die Verteilung von Streufeldern und Magnetisierung im Nanometerbereich rekonstruiert und den jeweiligen Strukturen zugeordnet. (mba)