Der Zusammenbau von Nanoteilchen auf Oberflächen birgt ein großes technologisches Potenzial. Die Fähigkeit, Cluster aus den fluktuierenden Nanoteilchen stabil zusammenzufügen, stellt eine große Herausforderung dar. Mit Hilfe der Theorie zur Rationalisierung des Experiments haben Arthur Straube, Theoretiker am ZIB, und Pietro Tierno, Experimentalphysiker an der Universität Barcelona, gemeinsam eine Technik demonstriert, mit der sich Cluster von wechselwirkenden Nanoteilchen in größenabstimmbaren, virtuellen magnetischen Fallen stabil in zwei Dimensionen einsperren lassen. Sie verwenden ein dreieckiges Gitter aus ferromagnetischen Domänen in einem Ferrit-Granat-Film. Die Theorie deutet darauf hin, dass das magnetische, feldabstimmbare Einsperren effektiv harmonisch ist und die paarweisen Wechselwirkungen dipolarer Natur sind, was zu zentralen, streng abstoßenden Kräften führt. Bei Clustern aus magnetischen Nanoteilchen entstehen die stationären Kollektivzustände durch das Wechselspiel zwischen Abstoßung, Einsperren und der Tendenz, den zentralen Potenzialtopf zu füllen. Mit Hilfe eines numerischen Simulationsmodells als quantitative Abbildung zwischen den Experimenten und der Theorie untersuchen sie den feldinduzierten Kristallisationsprozess für größere Cluster und enthüllen die Existenz von drei verschiedenen dynamischen Regimen. Die Ergebnisse sind in Nature Communications veröffentlicht.
Publikation:
P. Tierno, T.H. Johansen, A.V. Straube,
Thermally active nanoparticle clusters enslaved by engineered domain wall traps,
Nature Communications 12, 5813 (2021)
DOI: 10.1038/s41467-021-25931-7
