Würdigung
Auf Vorschlag der Joachim Jungius-Gesellschaft
der Wissenschaften verleiht die
HAMBURGISCHE STIFTUNG FÜR WISSENSCHAFTEN,
ENTWICKLUNG UND KULTUR HELMUT UND HANNELORE GREVE
den Förderpreis an
Frau Dr. rer. nat. Kirsten von Bergmann
Institut für Angewandte Physik, Universität
Hamburg
Makroskopisch beobachtbare Phänomene auf ihre mikroskopischen Ursachen auf atomarer Skala zurückzuführen ist eines der Anliegen der Nanowissenschaft. Frau Dr. von Bergmann gelang es im Rahmen ihrer Dissertation, durch Anwendung der magnetisch-sensitiven Rastertunnelmikroskopie die spinabhängige Streuung von Elektronen in Eisen an einzelnen Sauerstoff-Fremdatomen direkt sichtbar zu machen. Damit wird der mikroskopische Mechanismus von Magnetowiderstandseffekten, welche für die Magnetoelektronik von hoher Bedeutung sind, erstmals einer direkten Untersuchung zugänglich. Darüber hinaus hat Frau Dr. von Bergmann wesentliche Beiträge zur Aufklärung der magnetischen Bereichsstruktur in nanoskaligen Systemen geleistet. Der damit verbundene Erkenntnisgewinn ist unverzichtbar im Hinblick auf die Entwicklung zukünftiger hochdichter magnetischer Datenspeicher.
Hamburg, am 26. November 2004
(Prof. Dr. Helmut Greve)
(Prof. Dr. h. c. Hannelore Greve)
Stiftungsvorstand
Danksagung von Dr. Kirsten von Bergmann
Sehr geehrter Herr Präsident, verehrtes
Ehepaar Greve, sehr geehrte Damen und Herren,
ich freue mich sehr, daß ich mit dem Förderpreis der
Hamburgischen Stiftung für Wissenschaften, Entwicklung und
Kultur ausgezeichnet werde, und bedanke mich hiermit herzlichst
bei den Stiftern, Herrn und Frau Greve. Zudem gebührt der
Joachim Jungius-Gesellschaft für Wissenschaften mein Dank,
da sie mich für diese Ehrung vorgeschlagen hat.
Ich habe mich in meiner Doktorarbeit mit Magnetismus in reduzierten
Dimensionen beschäftigt. Wie Sie alle wissen, wird durch
den anhaltenden technischen Fortschritt die Speicherdichte magnetischer
Datenträger immer höher. Im Zuge dessen nimmt gleichzeitig
das Verhältnis von der Oberfläche zum Volumen der einzelnen
magnetischen Einheiten zu. Erstere unterscheidet sich jedoch in
ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften von ausgedehnten
Festkörpern, und aufgrund ihres zunehmenden Einflusses ist
eine detaillierte Charakterisierung der Oberfläche unerläßlich.
Auch der Einfluss einzelner Atome auf die magnetischen Eigenschaften
solcher Nanostrukturen kann in dieser Größenordnung
nicht
mehr außer Acht gelassen werden. Zur Untersuchung magnetischer
Nanostrukturen eignet sich die Rastertunnelmikroskopie.
Dies ist eine Methode, mit der man die Struktur von Oberflächen
bis hin zu der Anordnung einzelner Atome untersuchen kann. Dabei
wird eine scharfe Spitze so nah an eine leitfähige Probe
angenähert, bis ein quantenmechanischer Tunnelstrom fließen
kann. Dieser ist die primäre Messgröße der Methode
und hängt stark vom Abstand zwischen den beiden Elektroden
ab. Wenn man nun mit der Spitze eine Oberfläche zeilenweise
abrastert, und dabei den Tunnelstrom misst, so erhält man
ein Bild der Oberflächen-Topographie. Auf metallischen Einkristallen,
die eine streng periodische Anordnung der Atome aufweisen, erkennt
man atomar flache Terrassen und Stufen mit der Höhe eines
Atoms. Wenn man nun den Spezialfall der spinauflösenden Rastertunnelmikroskopie
anwendet, so kann man gleichzeitig den Magnetismus von Nanostrukturen
bis hin zu Spinstrukturen auf atomarer Skala abbilden. Dabei wird
die Spinpolarisation elektronischer Zustände gemessen. Jedes
Elektron trägt einen Spin, der zwei mögliche Zustände
einnehmen kann. Besteht ein Ungleichgewicht dieser
Spinzustände, so ist eine Oberfläche magnetisch. Im
Rahmen der hier ausgezeichneten Arbeit ist es durch Adsorption
von Sauerstoffatomen auf einer zwei Atomlagen dicken Eisenschicht
gelungen, die Reaktion der magnetischen Oberfläche auf ein
einzelnes Fremdatom ortsaufgelöst zu untersuchen: die Elektronen
der spinpolarisierten Zustände der Oberfläche werden
an dem Adsorbat reflektiert und die Interferenz von einlaufenden
und gestreuten Elektronen führt zu stehenden Wellen. Mittels
spinauflösender Rastertunnelmikroskopie wurde so, vereinfacht
ausgedrückt, der Magnetismus stehender Elektronen-Wellen
nachgewiesen. Eine weitere Stärke der spinauflösenden
Rastertunnelmikroskopie ist die Möglichkeit, das Zusammenspiel
struktureller und magnetischer Eigenschaften unmittelbar zu untersuchen.
Die Vielfalt magnetischer Strukturen auf der Nanometerskala kann
eindrucksvoll an wenigen Atomlagen dicken Eisenfilmen beobachtet
werden: so werden für zwei bis drei Atomlagen hohe Bereiche
aus Symmetriegründen vier equivalente Magnetisierungsrichtungen
beobachtet, die jeweils einen rechten Winkel einschließen.
Wenn jedoch noch eine zusätzliche Atomlage, also die vierte,
hinzukommt, so richten sich dort alle Spins entlang der vier dazwischenliegenden
Richtungen aus. Durch Koexistenz dieser unterschiedlichen Bereiche
ist
es gelungen, acht verschiedene Magnetisierungsrichtungen in einem
Probenausschnitt zu beobachten, der ungefähr eine Millionen
Mal kleiner ist als der Querschnitt eines menschlichen Haares.
Mit diesem Vergleich möchte ich den Exkurs in den Magnetismus
der Nanowelt beenden.
Ich möchte jedoch nicht schließen, ohne meinem Doktorvater
Prof. Wiesendanger für die optimalen Bedingungen während
der Durchführung meiner Arbeit zu danken, sowie dafür,
daß er mich für diesen Preis empfohlen hat. Des weiteren
bedanke ich mich bei meinem Betreuer Dr. Matthias Bode, sowie
meinen Kollegen Dr. André Kubetzka und Dr. Oswald Pietzsch,
die mir stets mit Rat und Tat zur Seite standen. Bei Ihnen bedanke
ich mich für die Aufmerksamkeit.