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Magneten und ihr Fingerabdruck
CAU Kiel Jubiläum: 350 Jahre CAU Kiel

Serie: Wer forscht denn da? Magneten und ihr Fingerabdruck

Im Jubiläumsjahr auf Entdeckungstour an der Kieler Uni: Im Büro von Prof. Jeffrey McCord bekommen wir heute die schönsten Kunstwerke zu sehen.

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Ein Professor mit viel Humor: Materialwissenschaftler Prof. Jeffrey McCord ist fasziniert von Magneten. Da seine Forschungsgebiete klitzekleine „magnetische Domänen“ sind, die schlecht mit ihm auf ein Foto passen, ließ er sich vom Fotografen zu dieser Montage überreden.

Quelle: Ulf Dahl

Kiel. Bilder von Schneeflocken, Zebrastreifen, Wollsträngen und einem gescheckten Teppichgeflecht. Der 49-jährige Materialwissenschaftler betätigt sich jedoch nicht als Künstler, sondern zeigt die neuesten Aufnahmen von sogenannten magnetischen Domänen.

 Magnetismus hat schon seit Jahrtausenden die Menschheit fasziniert. Allein die Erfindung der Kompassnadel sorgte für einen riesigen Entwicklungsschritt. Nun arbeitet das Team um Prof. McCord an der Technischen Fakultät daran, weitere Quantensprünge zu machen. Das Ziel: Das Team möchte neue magnetische Materialien entwickeln, die noch besser, noch kleiner und noch schneller sind. Die Computer-, Auto-, Medizin- oder Windparkindustrie wartet nur darauf. Doch dazu müssen die Wissenschaftler erst einmal verstehen, nach welchen Prinzipien magnetisches Verhalten funktioniert.

 „Magnetische Materialien sind etwas ganz Besonderes“, sagt Prof. Jeffrey McCord. „Denn sie haben sehr, sehr spezielle Eigenschaften.“ So sind beispielsweise Büroklammern oder Stecknadeln aus „weichmagnetischem“ Material. Material also, das von sich aus nicht magnetisch scheint. Hält man jedoch einen „echten“ Magneten, einen sogenannten Dauermagneten, daran, werden die Büroklammern magnetisiert und ziehen weitere an.

 Mit einem Polarisationsmikroskop samt starkem Elektromagneten können die Kieler Forscher mit speziellem Licht sichtbar machen, dass sich im Material der Büroklammer beim Magnetisieren so einiges getan hat. „Die Richtung der Magnetisierung orientiert sich an den Kristallgittern des Werkstoffes“, sagt McCord. „Und so kommen die unterschiedlichsten Bilder und Strukturen heraus.“ Festplattenmaterial hat magnetisiert eine optische Struktur wie weiße Schimmelflecken auf schwarzem Grund. Ein Transformatorblech sieht aus wie ein Zebrafell, eine Granatschicht wie zig kleine Pantoffeltierchen, eine Eisenkobaltschicht wirkt unterm Mikroskop wie Wollstränge, die von der Decke hängen. Diese spezielle Anordnung innerhalb des weichmagnetischen Materials nennt man „magnetische Domänen“. „Im Grunde ist das so ähnlich wie ein Fingerabdruck“, sagt der Wissenschaftler. „Das Domänenverhalten ist in jedem Material komplett unterschiedlich und manchmal sogar in jeder einzelnen Schicht.“ Und nicht ohne Stolz fügt er hinzu: „Wir sind eines der führenden Labore in der Welt, das Domänen so und in der Qualität abbildet.“

 Doch die Kieler Forscher wollen nicht nur zeigen, was ist. Ein bisschen spielen sie auch Gott und entwickeln komplett neues Material, das es so noch nie gegeben hat. „Versteht man die magnetischen Domänen, dann versteht man alles vom Material“, sagt Jeffrey McCord und holt einige blaue Kästen hervor. In kleinen Segmenten befinden sich blanke Spiegelplättchen, die alle gleich aussehen. Doch unterm Mikroskop betrachtet, würden wir staunen, denn alle haben komplett andere Domänen, einen komplett anderen Fingerabdruck. „In einer Vakuumanlage beschichten wir die Plättchen selbst“, erzählt der Forscher. Dabei lagern sich Atome auf den Plättchen zu einer Schicht an und sorgen so für einen ganz individuellen „Fingerabdruck“.

 Bevor Jeffrey McCord 2011 an die Kieler Uni kam, hat der gebürtige Amerikaner jahrelang beim Computerhersteller IBM im kalifornischen Silicon Valley Sensoren und Festplatten untersucht und entwickelt. Auch da spielten magnetische Domänen eine entscheidende Rolle. Schon während seiner Schulzeit in Erlangen haben ihn Chemie und Physik fasziniert. Das Studienfach Materialwissenschaften vereinte für ihn beides perfekt. Mit Peter Grünberg, der 2007 den Nobelpreis für Physik bekam, veröffentlichte er schon damals eine Forschungsschrift zum Thema magnetische Domänen.

 

 In seinem Kieler Labor schreitet die Entwicklung nun weiter voran. Denn magnetische Speicher haben entscheidende Vorteile: Sie verbrauchen viel weniger Strom, sind kleiner und absolut datensicher, auch bei Stromausfall. Wie man mit magnetischen Materialien Temperaturverteilungen mikroskopisch sehr genau sichtbar machen kann, beschäftigt Jeffrey McCord, aber auch die Suche nach Magnetschichten, die eine bessere Möglichkeit bieten, Hirnströme zu messen – beispielsweise bei Epilepsie- oder Schlaganfallpatienten. „Und ich träume noch davon, die physikalischen Grenzen in der Optik zu überwinden, um auch kleinste Strukturen in den Domänen mit optischen Mitteln nachweisen zu können“, sagt der zweifache Familienvater beim Verabschieden. Fröhlich schwingt er sich auf sein Rad und fährt nach Mönkeberg, wo er sich schon aufs Kochen mit seiner Frau freut. Auberginensugo mit Bandnudeln. Entspannung pur für ihn nach der anstrengenden Domänenbeobachtung, die sein Forscherleben prägt.

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Ein Artikel von
Kristiane Backheuer
Lokalredaktion Kiel/SH

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