Spitzenforschung in Stuttgart: Niederländer entdeckt magnetische Geheimnisse!

Universität Stuttgart, 70174 Stuttgart, Deutschland - In einem wegweisenden Schritt in der Quantenforschung hat der niederländische Doktorand Veldman, der an der TU Delft tätig ist, neue Erkenntnisse über die magnetischen Eigenschaften einzelner Atome gewonnen. Der Forscher nutzt dabei die Rastertunnelmikroskopie, ein Verfahren, dessen Grundlagen auf dem quantenmechanischen Tunneleffekt beruhen. Diese Technik wurde 1986 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet und ermöglicht durch den Einsatz einer feinen Spitze, die in den Nanometerbereich vordringt, die Erfassung atomarer Strukturen.

Veldman hat ein zweijähriges Humboldt-Forschungsstipendium erhalten, das von der Alexander von Humboldt-Stiftung vergeben wird. Es zielt darauf ab, internationalen Nachwuchswissenschaftlern Forschungsaufenthalte in Deutschland zu ermöglichen. Für seinen Aufenthalt hat sich Veldman für die Universität Stuttgart entschieden, wo er ein optimales Umfeld für seine Quantenforschung beschreibt.

Forschung in Stuttgart

In Stuttgart arbeitet Veldman in einem hochmodernen Labor und ist Teil der Loth-Gruppe, die aus 15 Wissenschaftlern aus sechs verschiedenen Ländern besteht. Diese Gruppe erforscht die physikalischen Grenzen der Miniaturisierung, sowie das Quantenverhalten in magnetischen Nanostrukturen und Materialien mit korrelierten Elektronen. Prof. Sebastian Loth und Dr. Susanne Baumann, beide von der Universität Stuttgart, haben die verwendeten Verfahren entwickelt, die Veldmans Forschungen unterstützen.

Außerdem hebt Prof. Loth Veldmans Potenzial als vielversprechendes Talent im Bereich der Rastertunnelmikroskopie hervor. Diese Technologie beinhaltet das Messen eines Tunnelstroms, der stark vom Abstand zwischen der Spitze und der Probe abhängt, wodurch beeindruckende Z-Auflösungen im Bereich von 1 picometer erreicht werden können.

Rastertunnelmikroskopie im Detail

Das Rastertunnelmikroskop besteht aus einer Scannereinheit, die mithilfe eines Piezo-Kristalls funktioniert, und spezieller Regelungselektronik. Bei der Messung wird entweder im Konstanthöhenmodus oder im Konstantstrommodus gearbeitet, wobei jede Methode ihre eigenen Vor- und Nachteile hat. Die Arbeitsgruppe von Veldman verfügt über zwei Rastertunnelmikroskope, darunter ein Omicron-Micro-STM und ein Helium-gekühltes Tieftemperatur-STM, die für verschiedene Forschungsbedarfe eingesetzt werden.

Relevanz in der Materialforschung

Die Arbeiten von Veldman und seiner Gruppe sind nicht nur für die Grundlagenforschung von Bedeutung. Sie haben auch Verbindungen zu aktuellen technologischen Entwicklungen, wie etwa den Fortschritten im Bereich der Solarzellen. Ende 2021 präsentierten Forscherteams am Helmholtz-Zentrum Berlin Tandemsolarzellen aus Perowskit und Silizium, die einen Wirkungsgrad von knapp 30 Prozent erreichten und damit mehrere Weltrekorde aufstellten.

Die damals entwickelten nanooptischen Strukturierungen und Reflexionsbeschichtungen, wie sie in der Zeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlicht wurden, zeigen, wie eng Grundlagenforschung und angewandte Wissenschaft miteinander verbunden sind. Auch das Verständnis der magnetischen Eigenschaften von Materialien könnte entscheidende Impulse für innovative Anwendungen in der Materialwissenschaft liefern, gleichermaßen wie die Entwicklungen im Bereich der Solarzellen.

Die Veldman-Forschung stellt somit einen bedeutenden Schritt in der Quantenforschung dar und könnte langfristig weitreichende Auswirkungen auf verschiedene Bereiche der Naturwissenschaften haben.