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.


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.


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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.


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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 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.


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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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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 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.


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.