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14. Mai 2020 Chemiker der Uni Halle entdecken, wie sich bessere Elektroden herstellen lassen

Fortschritt für erneuerbare Energien: Die Produktion von grünem Wasserstoff könnte künftig noch effizienter ablaufen. Chemikern der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) ist es durch einen ungewöhnlichen Prozessschritt gelungen, preiswerte Materialien für Elektroden so zu behandeln, dass sich ihre Eigenschaften in der Elektrolyse deutlich verbessern. Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichte die Gruppe im Fachjournal "ACS Catalysis".

Wasserstoff soll das Speicherproblem der erneuerbaren Energien lösen. Er lässt sich in lokalen Elektrolyseuren produzieren, zwischenspeichern und dann mit hohem Wirkungsgrad in einer Brennstoffzelle wieder zu Strom machen. Darüber hinaus dient er als wichtiger Grundstoff in der chemischen Industrie. Die grüne Produktion von Wasserstoff hapert jedoch noch an der schlechten Umsetzung des eingebrachten Stromes. "Ein Grund dafür ist, dass der zyklische Strom aus Sonne und Wind die beteiligten Materialien durch die dynamische Belastung schnell an ihre Grenzen bringt, so dass vor allem günstige Katalysatormaterialien schnell an Aktivität einbüßen", erläutert Prof. Dr. Michael Bron vom Institut für Chemie der MLU das Grundproblem.

Seine Arbeitsgruppe hat jetzt eine Methode entdeckt, mit der sich sowohl die Stabilität als auch die Aktivität von preiswerten Nickelhydroxid-Elektroden deutlich erhöhen lässt.

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» Der Artikel in ACS Catalysis

4. März 2020 Magnetische Wirbel als Informationsträger der Zukunft

Wirbel, die in bestimmten magnetischen Materialien auftreten. Diese Nano-Objekte könnten als digitaler Informationsträger genutzt werden – je nach Anwesenheit oder Abwesenheit in einem magnetischen Streifen. Ein Forschungsteam der Max-Planck-Institute (MPI) für Mikrostrukturphysik in Halle und für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) hat nun entdeckt, dass beide Wirbel in bestimmten Materialien koexistieren können, was das Speicherpotential weiter erhöht. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "Nature Communications" veröffentlicht.

Durch die drastisch gestiegene Anzahl an elektronischen Geräten hat sich der Bedarf an Speicherplatz in den letzten Jahren dramatisch erhöht. Mit herkömmlichen Speicher-Technologien ist es schwierig geworden, mit dieser Entwicklung Schritt zu halten. Gleichzeitig steht der hohe Energieverbrauch dieser Technologien - hard disk drives (HDD) und random-access memories (RAM) - einer "grünen Zukunft" im Weg. Daher werden komplett neue, leistungsfähigere Speicher mit einem geringeren Energieverbrauch benötigt.

Ein vielversprechendes Konzept ist der magnetische "Racetrack"-Datenspeicher. Er besteht aus einzelnen nanoskopisch kleinen magnetischen Streifen (den "Racetracks"), in denen die Information über magnetische Nano-Objekte gespeichert ist - zum Beispiel über die Anwesenheit oder die Abwesenheit gleichartiger Objekte an bestimmten Positionen. Ein möglicher Informationsträger ist das magnetische (Anti-)Skyrmion. Es ist ein enorm stabiler Wirbel der Magnetisierung mit einer variablen Größe zwischen Mikrometern und Nanometern. Die einzelnen Objekte können geschrieben, gelöscht, gelesen und mit Strömen bewegt werden. Das heißt, der Speicher arbeitet ohne bewegliche Teile. "Indem man mehrere Racetracks übereinanderstapelt, erhöht sich die Speicherkapazität drastisch verglichen mit solid-state drives (SSD) oder hard disk drives (HDD). Weiterhin arbeitet der Racetrack-Speicher mit einem Bruchteil der Energie herkömmlicher Speichereinheiten. Er ist wesentlich schneller, kompakter und zuverlässiger", erklärt Prof. Dr. Stuart Parkin, Direktor des MPI für Mikrostrukturphysik in Halle und Alexander von Humboldt-Professor an der MLU.

"Skyrmionen und Antiskyrmionen sind 'entgegengerichtete’ magnetische Wirbel. Bis vor Kurzem ging man davon aus, dass diese beiden Objekte nur in unterschiedlichen Materialklassen auftreten können", erklärt Prof. Dr. Ingrid Mertig vom Institut für Physik der MLU. Das Forschungsteam der Max-Planck-Institute in Halle und Dresden und der MLU hat nun jedoch entdeckt, dass Skyrmionen und Antiskyrmionen unter bestimmten Bedingungen sogar in ein und demselben Material koexistieren können. Dr. Börge Göbel, wissenschaftlicher Mitarbeiter in Mertigs Forschungsgruppe, lieferte die theoretische Erklärung für die unerwartete Entdeckung, die von Jagannath Jena aus Parkins Gruppe gemessen wurde. Die verwendeten Materialien, sogenannte Heusler Verbindungen, wurden von Dr. Vivek Kumar in der Gruppe von Prof. Dr. Claudia Felser am MPI in Dresden hergestellt.

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» Der Artikel in Nature Communications

7. Januar 2020 Physiker Georg Woltersdorf wird Max-Planck-Fellow – Forschungsprojekt zu Spintronik

Prof. Dr. Georg Woltersdorf, Leiter der Fachgruppe Optik am Institut für Physik der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) ist von der Max-Planck-Gesellschaft in München für fünf Jahre zum Max-Planck-Fellow berufen worden. Als Max-Planck-Fellow wird er ab Januar eine Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut (MPI) für Mikrostrukturphysik in Halle leiten, die dynamische Phänomene in neuartigen (spin)elektronischen Materialien mit optischen Methoden untersucht. Die Forschung wird mit 500.000 Euro gefördert und dient als Grundlage für die Anwendung in zukünftigen Speicherelementen.

"Die Berufung zum Max-Planck-Fellow empfinde ich als großartige Würdigung unserer Forschung und bisherigen Zusammenarbeit", sagt Georg Woltersdorf. "Sie ermöglicht mir, in den nächsten fünf Jahren gemeinsam mit den Kollegen am Max-Planck-Institut zum einen unsere Methoden weiterzuentwickeln und zum anderen diese Methoden auf die weltweit einmaligen Proben und Materialsysteme aus der Arbeitsgruppe von Stuart Parkin anzuwenden." Am Max-Planck-Institut wird er eine Arbeitsgruppe gemeinsam mit dem Physiker leiten, der mit seiner Forschung bereits jetzt die Speicherelektronik revolutioniert hat und 2014 im Rahmen einer Humboldt-Professur an die MLU und das MPI für Mikrostrukturphysik nach Halle kam. In der Abteilung von Prof. Dr. Stuart Parkin am MPI wurde eine einzigartige Infrastruktur zur Herstellung neuer Materialien für spinelektronische Anwendungen geschaffen. Atom für Atom können auf der Grundlage von theoretischen Rechnungen Materialien mit neuartigen Eigenschaften aufgebaut werden. "Wir freuen uns sehr, die Expertise, das umfangreiche Wissen und die Methoden zu ultraschneller optischer Technik nutzen zu können, die Georg Woltersdorf und sein Team an der MLU entwickelt haben, um so den Geheimnissen unserer auf atomarer Ebene hergestellten Bauelementen auf die Spur zu kommen", so Parkin.

Das Programm der "Max Planck Fellows" wurde 2005 von der Max-Planck-Gesellschaft eingeführt, um die Kooperation zwischen Universitäten und Max-Planck-Instituten zu stärken, indem herausragende Wissenschaftler mit der Leitung einer kleinen Arbeitsgruppe an einem Max-Planck-Institut beauftragt werden. Jährlich werden etwa sieben neue Max Planck Fellows berufen. Nach Prof. Dr. Ingrid Mertig im Jahr 2008 und Prof. Dr. Wolf Widdra im Jahr 2012 ist Prof. Woltersdorf bereits der dritte Forscher vom Institut für Physik der MLU, der nun zum Fellow am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle berufen wird.

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(letzte Änderung: 14.05.2020, 15:22 Uhr)