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Kurznachrichten Februar 2010

Neuartige Magnetkopplung im Detail berechnet und gemessen

Wer zwei Stabmagnete zusammenbringt, spürt die Kraft, die das Magnetfeld ausübt. In Festkörpern können statt Feldern auch Elektronen eine Kraft vermitteln und damit elementare Stabmagnete, die Spins der magnetischen Atome, zueinander ausrichten. Wie Jülicher und Hamburger Forscher nun im Fachmagazin "nature physics" berichten, hängt diese Kopplung zwischen zwei magnetischen Atomen nicht nur von ihrem Abstand ab, sondern auch sehr stark von der Orientierung des magnetischen Dimers zum Substratgitter, weil die Elektronen im Kristallgitter sich entlang bevorzugter Bahnen ausbreiten.

"Wir haben erstmals die Magnetkraft bestimmen können, die ein einzelnes Atom auf diese Art auf seine direkte Umgebung ausübt", erklärt Prof. Stefan Blügel, Direktor des IFF-1 "Quanten-Theorie der Materialien" am Jülicher Institut für Festkörperforschung. Sein Team nutzte den Jülicher Supercomputer JUGENE und simulierte das Verhalten von einzelnen Kobaltatomen auf einer Platinoberfläche.

Dabei spielt der RKKY-Effekt die entscheidende Rolle, der nach den vier Theoretikern Rudermann, Kittel, Kasuya und Yosida benannt ist: Die Elektronen im Platin richteten ihre Spins parallel oder antiparallel zum Spin eines zentralen Kobaltatoms aus. An dieser Richtung orientieren sich wiederum andere Kobaltatome. Aufgrund der quantenmechanischen Regeln des Kristallsystems kommt es dabei sowohl zu paralleler und als auch antiparalleler Ausrichtung, je nach Entfernung und Orientierung der beteiligen Atome.

Die Jülicher Rechnung wurden von Forschern an der Universität Hamburg durch Messungen mit einem speziellen Rastertunnelmikroskop bestätigt. Das neue, detaillierte Wissen über die RKKY-Kopplung lässt sich nutzen, um maßgeschneiderte magnetische Strukturen auf atomarer Ebene zu erstellen. Solche Systeme werden helfen, neuartige Bauelemente für Chips zu entwickeln, die den Spin von Atomen nutzen. Damit könnten sie die Basis für die Computer von übermorgen sein.

scrap1_470x470_jpgRastertunnelmikroskop-Aufnahme der Magnetisierung einzelner Kobaltatome (Kegel) auf einer Platinoberfläche. Die Farbe der Kobaltatome spiegelt die Richtung der Spins wieder (nach oben: grün; nach unten: rot). Die meisten Atome erscheinen rot, da sie einem nach unten zeigenden äußeren Magnetfeld folgen. Nur das linke der beiden Atome eines Paares mit einem Abstand von d = 0.7 nm ist nach oben ausgerichtet. Der Grund ist die sogenannte RKKY-Kopplung zum Partner.
Copyright: SPM-Gruppe von Prof. R. Wiesendanger, SFB668, Universität Hamburg


scrap2_470x470_jpgStärke und Ausrichtung der von einem Atom in der Mitte des Bildes hervorgerufenen RKKY-Wechselwirkung. A: Berechnete Wechselwirkung bei Annahme eines einfachen Leitungselektronensystems ohne Berücksichtigung einer Richtungsabhängigkeit. B: Die mittels aufwendiger Rechnungen vorhergesagte Wechselwirkung zeigt eine wesentlich stärkere Richtungsabhängigkeit und stimmt sehr gut mit der experimentell beobachteten magnetischen Wechselwirkung überein.
Copyright: SPM-Gruppe von Prof. R. Wiesendanger, SFB668, Universität Hamburg


Jülicher Softwarewerkzeuge eröffnen Forschungsfelder

Forscher des Jülich Supercomputing Centre (JSC) und des Fraunhofer-Instituts für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI in Sankt Augustin haben ihre Supercomputer für die Annotation biomedizinischer sowie chemischer Texte und Bilder in pharmazeutischen Patenten mittels Grid-Technologie vernetzt. Unter Annotation verstehen die Wissenschaftler eine genaue Text- und Bildanalyse. Damit haben sie eine neue Anwendung im wissenschaftlichen Rechnen geschaffen, die eine leistungsstarke Durchsuchung von Patenten ermöglicht.

Zum Einsatz kam dabei die UNICORE-Software, die zusammen mit europäischen Partnern im JSC entwickelt wurde. UNICORE (Uniform Interface to COmputing REsources) ermöglicht Anwendern auf dem lokalen Rechner, einfach und sicher Rechenabläufe zu definieren, diese zu den Supercomputern zu schicken, dort berechnen zu lassen und die Ergebnisse schließlich zu analysieren.

Die Forscher aus Jülich und Sankt Augustin untersuchten mehr als 50 000 Patente aus der pharmazeutischen Chemie mit der aufgebauten Grid-Infrastruktur. Dabei haben sie biologische und medizinische Daten in Texten, chemische Informationen in Texten sowie Bilder identifiziert, analysiert und erfasst. Die Datenanalysen lieferten interessante Einblicke in die Zusammenhänge von Biologie und Chemie. Dr. Achim Streit, Leiter der Abteilung "Verteilte Systeme und Grid Computing" am JSC, ist mit den Ergebnissen zufrieden: "Durch die leistungsfähigen Workflow- und Datenmanagement-Funktionalitäten von UNICORE konnten wir die Patente problemlos und automatisch in Text und Bild analysieren und erfassen." Prof. Martin Hofmann-Apitius, Leiter der Abteilung Bioinformatik am SCAI, ist überzeugt: "Dieses groß angelegte Experiment eröffnet neue Perspektiven für das wissenschaftliche Rechnen. Diese Art der Anwendung geht weit über die üblichen Simulationsanwendungen hinaus." Prof. Thomas Lippert, Leiter des Jülich Supercomputing Centre, zieht ebenfalls eine positive Bilanz: "Dieses Projekt ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie leistungsstarke Supercomputer am JSC, die mit erstklassigen Grid-Technologien wie UNICORE ausgestattet sind, Synergien für die Entwicklung neuer Forschungsfelder schaffen können."


Ministerin Schavan: Stippvisite bei Jülicher Pflanzenforschern

Bundesforschungsministerin Annette Schavan stattete bei ihrem Gang über die "Internationale Grüne Woche" in der Messe Berlin auch den Jülichern Pflanzenforschern einen Besuch ab. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung war in diesem Jahr zum ersten Mal mit einem Stand auf der "Grünen Woche" vertreten; an diesem Stand konnten sich auch die Forscher des Jülicher Instituts für Chemie und Dynamik der Geosphäre (ICG) präsentieren. Dr. Frank Gilmer erläuterte der Ministerin, wie mit Hilfe der Thermographie die Blatttemperatur einer Pflanze gemessen wird. Die Jülicher Pflanzenforscher präsentierten außerdem Techniken des Wurzel- und Fluoreszenzscreenings und Wurzelkästen, sogenannte Rhizotrone, in denen das Wachstum von Wurzeln direkt beobachtet werden kann.

Informierte sich bei der 'Grünen Woche' über Jülicher Pflanzenforschung: Bundesforschungs-ministerin Annette Schavan (Mitte). Foto: Forschungszentrum Jülich.

ICG-3-Gruene-Woche-2010004_470x470_jpgInformierte sich bei der "Grünen Woche" über Jülicher Pflanzenforschung: Bundesforschungsministerin Annette Schavan (Mitte).
Copyright: Forschungszentrum Jülich


Materialforschung: Neues vom Hall-Effekt

Ihre Erkenntnisse sollen zukünftig bei der gezielten Entwicklung neuartiger und besserer Magnetfeldsensoren helfen: Die Wissenschaftler Dr. Klaus M. Seemann und Dr. Yuriy Mokrousov vom Forschungszentrum Jülich fanden in einer internationalen Kooperation die entscheidende Ursache für die Stärke des sogenannten Hall-Effektes in Eisenlegierungen. Die Ergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Physical Review Letters nachzulesen.

Der Hall-Effekt wird in Sensoren zur Messung von Magnetfeldern und elektrischen Strömen oder zur Lageerfassung genutzt, beispielsweise in der Getriebeschaltung von Autos. Die materialabhängige Stärke des Hall-Effektes ist ein entscheidender Faktor für die Empfindlichkeit der daraus gefertigten Sensoren.

Die Forscher fanden heraus, dass eine Eisen-Platin-Legierung einen vielfach stärkeren Hall-Effekt aufweist als eine Eisen-Palladium-Legierung. Als Ursache für diese überraschende Entdeckung konnten sie eindeutig die Spin-Bahn-Kopplung der Elektronen identifizieren, indem sie experimentelle Untersuchungen mit Berechnungen an den Jülicher Supercomputern kombinierten.

Der Originalartikel in Physical Review Letters - Vol. 104, Issue 7 (19.02.2010)

Webseiten des Jülicher Instituts für Festkörperforschung:

http://www2.fz-juelich.de/iff/d_th1


Jülich bei der Weltwasserstoffkonferenz gut vertreten

Prof. Detlef Stolten, Direktor des Instituts für Energieforschung des Forschungszentrums Jülich, ist Chairman der 18. Weltwasserstoffkonferenz. Die "World Hydrogen Energy Conference" WHEC findet vom 16. bis 21. Mai 2010 in der Messe Essen statt und belegt die führende Position von NRW in der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie.

"Wasserstoff passt ideal in die aktuelle Diskussion um Elektromobilität und erneuerbare Energien", so Stolten. Als Energieträger sei er für eine mobile Zukunft unverzichtbar. Die WHEC habe das wichtige Ziel, über bereits geplante, aber auch über zukünftige Wege zur Nutzung des Wasserstoffs zu informieren.
Im Forschungszentrum Jülich arbeiten Wissenschaftler daran, die nachhaltige Energietechnik der Brennstoffzelle aus der Grundlagenforschung in die Anwendung zu bringen. Im vergangenen Jahr schloss Jülich einen Kooperationsvertrag mit dem Korea Institute of Energy Research (KIER). Beide Partner entwickeln seitdem gemeinsam Brennstoffzellensysteme für konkrete Anwendungen, etwa für den Einsatz der Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC) in Palettenhubwagen und Zweirad-Scooter.

Laut Wirtschaftsministerin Christa Thoben hat die Brennstoffzelle das Potenzial, ein NRW-Exportschlager zu werden. Das Land förderte rund 90 Projekte der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie mit insgesamt 165 Millionen Euro, die EU zusätzlich mit 100 Millionen Euro. Mit dem Projekt "NRW Hydrogen HyWay" sollen die Aktivitäten noch einmal verstärkt werden; EU und Land stellten für die darin vereinigten Projekte weitere 60 Millionen Euro zur Verfügung.


Aktuelle Termine

Auf Seite www2.fz-juelich.de/termine finden Sie aktuelle Konferenzen und Veranstaltungen im und mit dem Forschungszentrum Jülich, unter anderem:

Symposium zum Höchstleistungsrechnen

24. – 25. Februar, Jülich Supercomputing Centre

Interessante Projekte des High Performance Computing der vergangenen zwei Jahre stellt das John von Neumann-Institut für Computing (NIC) bei einem Symposium am 24. und 25. Februar in Jülich vor. Wissenschaftler aus den Computational Sciences, Gutachter und Entscheidungsträger für die Rechner-Infrastruktur in Deutschland kommen im Forschungszentrum zum fünften Mal zusammen, um sich über die neuesten Entwicklungen und Ergebnisse im Höchstleistungsrechnen zu informieren und darüber zu diskutieren

Mehr Informationen, Programm und Anmeldung


Erste internationale JARA ENERGY-Konferenz

8. – 9. März, Eurogress Aachen

Die Jülich Aachen Research Alliance JARA veranstaltet am 8. und 9. März im Aachener Eurogress die erste internationale Konferenz ihrer Sektion ENERGY. Zu den Themen der Veranstaltung gehören saubere Elektrizität, Elektromobilität, energieeffiziente Bauten, energieeffiziente Produktion sowie die Vorstellung innovativer Energiequellen.

2007 gründeten die RWTH Aachen und das Forschungszentrum Jülich gemeinsam die Jülich Aachen Research Alliance in den vier Sektionen Simulationswissenschaften, Hirnforschung, Informations-technologie und Energie. Ziel der Forschungsallianz ist es, ein Modell einer international hoch angesehenen Partnerschaft zwischen universitärer und außeruniversitärer Forschung zu schaffen.

Mehr Informationen und Anmeldung



Pressekontakt: Erhard Lachmann, Tel. 02461 61-1841, e.lachmann@fz-juelich.de


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