Bayerische Akademie der Wissenschaften Walther-Meissner-Institut Geschichte 1946 Gründung der Kommission für Tieftemperaturphysik der Bayerischen Akademie der Wissenschaften durch Prof.
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Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
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Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
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Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
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Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 5
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 6
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
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Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
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Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 9
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
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Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 11
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 12
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
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Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 14
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 15
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 16
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
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Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
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Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 2
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 3
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 4
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 5
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 6
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 7
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
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Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
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Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 10
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 11
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 12
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 13
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
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Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 15
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 16
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 17
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.
Slide 18
Bayerische Akademie der
Wissenschaften
Walther-Meissner-Institut
Geschichte
1946 Gründung der Kommission für
Tieftemperaturphysik der
Bayerischen Akademie der
Wissenschaften durch
Prof. Dr. Walther Meissner
Dienstleistung
Helium-Verflüssigung
Anlage der Fa. Sulzer (1982)
Verflüssigungsleistung:
30 l/h Hefl
Produktion: ca. 150.000 l/Jahr
Etwa 20 Abnehmer aus den Hochschulen in München und Umgebung und einigen
Max-Planck-Instituten
Angewandte Tieftemperaturphysik
Konstruktion von Kühlern für Forschungsanwendungen nahe dem absoluten Nullpunkt
(3He/4He-Mischkühler, T < 10 mK)
Millikelvin aus der Steckdose!
Vorkühlung mit Kleinkühler mit geschlossenem Gaskreislauf
Die Anlage ist universell einsetzbar,
bedienungsfreundlich und zuverlässig
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
"Bayerische Millimühle 2"
Erreichbare Temperatur bis zu 30 MikroKelvin.
Eingesetzt zur Bestimmung der schwächsten bekannten
Ordnungskräfte:
• Wechselwirkungen der magnetischen Momente von
Atomkernen (Verständnis von Magnetismus)
• Paarbildungsmechanismus
superfluiden Systemen
in
supraleitenden
und
Untersucht werden: Unkonventionelle Supraleitung in
Schwere- Fermion-Systemen, Superfluidität von 3He, und
Kernmagnetismus von festem 3He
Tiefe und ultratiefe Temperaturen
Projekt:
Kernmagnetismus von festem 3He Neutronenstreuung bei Mikrokelvin-Temperaturen
soll Aufschluss geben über die magnetischen Austauschkräfte in dem "einfachsten
Heisenberg Magneten der Welt".
Kooperation mit:
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin
• CNRS Grenoble
• Universitäten Paris, Saclay,
London, Liverpool
gefördert von der Europäischen
Union mit 1.1 Mio Euro.
Druckzelle zum Studium von Kernmagnetischer Resonanz
(NMR) an festem 3He bei µK Temperaturen.
Kristallzüchtung
Einkristalle des Hochtemperatursupraleiters Yttrium-Barium-Kuprat, gezogen
in einem Bariumzirkonat-Tiegel
Die Kristalle sind nicht durch
Komponenten der Tiegelmaterialien
kontaminiert.
Derzeit auch Einkristallzucht von
Manganaten und anderen Kristallen mit
magnetischen Eigenschaften wie dem
Bariumkuprat
Dünnschichttechnologien
UHV-Laserablationssystem
Nanostrukturierung mittels
Elektronenstrahllithographie
Rasterelektronenmikroskop Philips XL30 SFEG
+ Lithographieeinheit Raith ELPHY plus
Hochtemperatur-Supraleiter
Kristallstruktur
Bi-2212
Charakteristisch ist für alle bekannten
Vertreter die Schichtstruktur;
wesentliches Element sind die Cu-O-Ebenen;
Ein typischer Vertreter ist im Bild dargestellt.
Bi
Sr
Ca2+ ,Y 3+
2+
Cu
O-
Ca,Y
Cu, O(2,3)
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Bi, O(4)
Ramanspektroskopie
Sr, O(1)
Cu, O(2,3)
Ca,Y
Cu, O(2,3)
29 Å
Inelastische Streuung von Lichtquanten an
Materie
Vergleich der Spektren im normal- und
supraleitenden Zustand gibt Informationen
über elektronische Anregungen im Supraleiter.
Sr, O(1)
Bi, O(4)
Tunnelspektroskopie
Bi, O(4)
Untersuchung der Eigenschaften neuartiger
Supraleiter mit unkonventioneller Symmetrie
des Ordnungsparameters
Sr, O(1)
G. Binnig and H. Rohrer,
Rev. Mod. Phys. 71, S324 (1999)
c
b
Cu, O(2,3)
Ca,Y
a
3,9 Å
Organische Metalle
Kristallstruktur eines spezifischen Vertreters
Leitende Schicht besteht
ausschließlich aus dem
organischen Molekül
Anorganisches
Gegenion
C
S
N
Br
Cu
Organische Metalle
Präparation durch Elektrokristallisation
organischen Lösungsmitteln
aus
Raumtemperaturwiderstand 1000 mal höher als
für normale Metalle
Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
Manche Verbindungen werden supraleitend
Neuartige elektronische Instabilitäten (Ladungsdichte- und
Spindichtewellen); verschiedene elektronische Instabilitäten
in Konkurrenz zueinander je nach Temperatur, Druck und
Magnetfeld
Hochaufgelöste Messungen des elektrischen Widerstandes
und des magnetischen Drehmoments von Raumtemperatur
bis 30 mK in Magnetfeldern bis zu 17 T im WMI und bis zu
30 T in Grenoble
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
SrTiO3
La2/3Ba1/3MnO3
Oktaeder:
Koordination um Mn
Dodekaeder:
Koordination um La,Ba
Hochauflösende Elektronenmikroskopie an einem dotierten
Manganatfilm für eine Spinelektronik
Mn
Ba, La
O
Strukturmodell des Manganates
Materialien mit kolossalem
Magnetwiderstand
TMR-Element
Mit dotierten Manganaten ist es
möglich, sogenannte Tunnelmagnetowiderstandselemente (TMR)
zu bauen.
Antiferromagnet
I
Bitleitung
FM
Tunnelbarriere
FM
I
Wortleitung
Lesekopf
Festplatte
Solche TMR-Elemente könnten zum
Beispiel in den Computerfestplatten
der nächsten Generation zum Einsatz
kommen.
Wie klein ist ein Nanometer?
Mesoskopische metallische Systeme
Gold
Metallische Nanodrähte
• Universelle Leitwertfluktuationen
Gold
20 nm
• Schrotrauschen
• 1/f-Rauschen
• Nichtgleichgewichtseffekte
Supraleiter-Normalleiter Heterostrukturen
Gold
Einfluß von Andreev-Reflektionen auf:
• Universelle Leitwertfluktuationen
• Rauschen
20 nm
Niob
HTS-Josephson-Kontakte mit
Nanometerabmessungen
10 mm
130 nm
STO Substrat
YBCO
• Transporteigenschaften von
extrem dünnen und extrem
schmalen JosephsonKontakten
• 1/f-Rauschen:
Spekroskopie an einzelnen
Fluktuatoren
Das Walther-Meissner-Institut bedankt sich für Ihre Aufmerksamkeit.