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Projekt 1:

Magnetoresistive Sensorik auf der Basis von Nanopartikeln in neuartigen Siliziumgelen

Prof. Dr. Andreas Hütten (Experimente), Universität Bielefeld
Prof. Dr. Anant Patel (Siliziumgele), FH Bielefeld
Prof. Dr. Christian Schröder (Simulationen), FH Bielefeld



Der GMR-Effekt (englisch giant magnetoresistance, deutsch Riesenmagnetowiderstand) tritt in Strukturen mit abwechselnd magnetischen und nichtmagnetischen Schichten auf, deren Schichtdicke nur einige Nanometer, also einige Millionstel Millimeter, beträgt. Für seine Entdeckung erhielten Peter Grünberg und Albert Fert 2007 den Nobelpreis für Physik.

In diesem Projekt soll der GMR-Effekt für die Anwendung in Sensoren untersucht werden. Die Strukturen bestehen dabei aus magnetischen Kobalt-Nanopartikeln in leitfähigen Siliziumgelen. Es soll untersucht werden, wie Kobalt-Nanopartikel gezielt mit bestimmten chemischen und physikalischen Eigenschaften synthetisiert werden können, die sie für den Einsatz in der Messtechnik nutzbar machen, indem sie z.B. nachzuweisende Partikel an sich binden. Außerdem sollen neuartige Siliziumgele entwickelt werden, deren Leitfähigkeit beispielsweise beim Übergang vom flüssigen zum festen Zustand erhalten bleibt. Damit könnten die magnetischen Nanopartikel in Flüssiggelen durch äußere Magnetfelder strukturiert werden und ihre Anordnungsstruktur beim Übergang in die feste Phase erhalten. Die experimentelle Forschung wird durch Modellierung und Computersimulationen unterstützt, um den Einfluss der äußeren Magnetfelder und der besonderen Eigenschaften des neuartigen Trägergels auf die Anordnung der magnetischen Strukturen zu untersuchen und die spezifischen GMR-Kennlinien zu berechnen. Letztendlich können mit dieser Technologie nanopartikulare Sensoren auf ressourcen- and kosteneffiziente Art in Drucktechnik hergestellt werden.

Bild von in Siliziumgel dispergierten magnetischen Nanopartikeln, links unstruktiert und rechts durch ein äußeres Magnetfeld strukturiert Simulation magnetischer Nanopartikel Hysteresis Graph