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Magnetischer Temperaturmesser entdeckt

CAU Kiel Magnetischer Temperaturmesser entdeckt

Wer sein Haus energetisch sanieren möchte, nutzt oft gelb bis blau leuchtende Wärmebilder – in der Hoffnung, dass die Infrarotmessung Schwachstellen aufspürt. Auch die Industrie setzt auf Thermografie, um Werkstoffe zu überprüfen. In den Laboren der Kieler Universität entdeckten Forscher eine neuartige messgenauere Methode, die materialunabhängig minimalste Temperaturunterschiede mit hoher räumlicher Auflösung sichtbar macht.

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Jeffrey McCord leitet die Gruppe von Forscherinnen und Forschern, die mit Hilfe des Polarisationsmikroskops neuartige Wärmemessbilder zeigen konnten.

Quelle: Frank Peter

Kiel. In der aktuellen Print-Ausgabe des Fachjournals Advanced Materials wurde die neue Technik zur Titelgeschichte erkoren. Die Forscher nutzten für ihre Entdeckung die magnetischen Eigenschaften eines bestimmten Materials. Dabei brachten sie eine dünne und transparente Schicht einer Granat-Verbindung auf einen integrierten Schaltkreis eines Mikrochips auf. Verändert sich nun die Temperatur irgendwo in dem Schaltkreis auch nur minimal, reagiert das darauf liegende Material nach Angaben der Universität mit veränderten magnetischen Eigenschaften. Je wärmer es wird, desto kleiner wird die Magnetisierung, die mit einem Polarisationsmikroskop sichtbar gemacht werden kann. „Wir waren erstaunt, wie genau das geht“, berichtet Prof. Jeffrey McCord, Leiter der Studie vom Kieler Institut für Materialwissenschaften. Minimale Veränderungen von bis zu einem Hundertstel Grad Celsius, die in Millisekunden ablaufen, kann die Messmethode mit einer Auflösung von Mikrometern anzeigen. Jetzt peilen Forscher den Nanometer-Bereich an.

 Trifft polarisiertes Licht auf die Oberfläche der Schicht, wird es je nach deren Magnetisierung anders reflektiert. Eine digitale, lichtempfindliche Kamera nimmt das zurückgeworfene Licht auf. Die magnetooptischen Aufnahmen zeigen die Temperaturverteilung im Schaltkreis und die winzigen magnetischen Domänen des Materials; das sind abgegrenzte Bereiche, die die gleiche Polarisation haben. Heraus kommen – je nach Richtung der Magnetisierung, die sich an den Kristallgittern des Werkstoffes orientiert – Bilder mit Linien, Strukturen oder Wellen. Eins dieser Kunstwerke ziert das Deckblatt des Fachmagazins. Mit ihren Experimenten begannen die Kieler vor 2,5 Jahren und arbeiteten dabei auch mit russischen Wissenschaftlern der Tver State University zusammen.

 „Unsere Technik eröffnet völlig neue Möglichkeiten für verschiedene Wärmebildanwendungen“, ist McCord vom Erfolg der „pyro-magnetischen Optik“, wie das Verfahren genannt wird, überzeugt. Neuartige Sensoren für Wärmebildkameras könnten entstehen und Fehleranalysen von elektronischen Bauteilen und bei Materialien-Untersuchung einfacher, schneller und genauer ausfallen. Seit die Online-Ausgabe des Fachmagazins auf den Markt kam, meldeten Mitarbeiter aus der Halbleiter-Industrie bei McCord bereits Interesse anauch : Für sie ist es enorm wichtig, etwa die Ursache von Kurzschlüssen in Chips so schnell wie möglich herauszufinden.

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Ein Artikel von
Martina Drexler
Lokalredaktion Kiel/SH

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