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.

weitere Preisträger