Thermische Messung von Nanowerkstoffen
Um sehr kleine Wärmekapazitäten (thermische Energien, die für Temperaturveränderungen erforderlich sind) bei Nanowerkstoffen messen zu können, benötigt man eine verbesserte Kalorimetrie. Das EU-finanzierte Projekt "Atto-calorimetric tools to explore material properties in the nanoscale" (ATTOCALMAT) wurde ins Leben gerufen, um ein Werkzeug bereitzustellen, das thermische Messungen in kleinem Maßstab durchführen kann. Die entwickelte Technik, die Mikrosekunden-gepulstes Verfahren zur stationären Nano-Kalorimetrie genannt wird, vereint die Signalanhebung des Schnellscannens mit der fortgeschrittenen Signalmittelung stationärer Verfahren. Ultraschnelle Aufheizgeschwindigkeiten sind für eine hohe Auflösung entscheidend, und die Signalmittelung kümmert sich um Messungsabweichungen. Die Wissenschaftler wollten dies für die Nanochip-Messung der Wärmekapazitäten einzelner Nanoobjekte nutzen, und dabei Temperatur, angelegte elektrische oder magnetische Felder und Zeit berücksichtigen. Die letztgenannten Abhängigkeiten sind von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung neuer Magnetspeicher und Spintronik- oder Photonik-Geräten. Im Rahmen von ATTOCALMAT wurde eine experimentelle Messeinrichtung mit neu konzipierten Nano-Kalorimetern und einer supraleitfähigen Spule zur Erzeugung von Magnetfeldern entwickelt. Die neuen Wärmemesser haben die Erkennungsbereiche verkleinert, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Die Geräteausstattung ist so synchronisiert, dass die gepulste Erwärmung im Hintergrund durchgeführt wird, während gleichzeitig externe Variablen, wie Magnetfeld, Gasdruck und Temperatur, überwacht werden. Die Einrichtung stellt einen wichtigen Beitrag aus dem Projekt dar, um die Größeneffekte auf die Wärmekapazität untersuchen zu können. Die Forscher wandten diese neue experimentelle Einrichtung zur Untersuchung der Grenzflächenreaktion zwischen Palladium, Nickel und Silizium an, um Silicide zu bilden. Silicide sind Verbindungen aus zwei Elementen, von denen eins Silizium ist. Die Forscher führten auch Versuche mit gleichzeitiger Nano-Kalorimetrie- und Synchrotronstrahlung durch, und gewannen so wichtige Einblicke in die Mechanismen zur Bildung der Silicidphase. Eine weitere Optimierung und Realisierung der gesamten Impulserhitzung mit Kleingeräten wird wichtige neue Messungen kleinmaßstäblicher Temperaturveränderungen während chemischer Prozesse ermöglichen. Diese Messungen werden den Wissenschaftlern und Ingenieuren erlauben, wissensbasierte Konzepte für neue Geräte auf verschiedenen Gebieten, wie Magnetspeicher, Spintronik und Photonik zu entwickeln.
Schlüsselbegriffe
Nanowerkstoffe, thermisch, Wärmekapazitäten, Mikrosekunden-gepulst, stationärer Zustand, Nano-Kalorimetrie, ultraschnelle Erwärmung, Magnetfelder, Magnetspeicherung, Spintronik, Photonik-Geräte, Silicide