Jürgen Bauch

Printing nearly-discrete magnetic patterns using chemical disorder induced ferromagnetism

Ferromagnetism in certain alloys consisting of magnetic and nonmagnetic species can be activated by the presence of chemical disorder. This phenomenon is linked to an increase in the number of nearest-neighbor magnetic atoms and local variations in the electronic band structure due to the existence of disorder sites. An approach to induce disorder is through exposure of the chemically ordered alloy to energetic ions; collision cascades formed by the ions knock atoms from their ordered sites and the concomitant vacancies are filled randomly via thermal diffusion of atoms at room temperature. The ordered structure thereby undergoes a transition into a metastable solid solution. Here we demonstrate the patterning of highly resolved magnetic structures by taking advantage of the large increase in the saturation magnetization of Fe60Al40 alloy triggered by subtle atomic displacements. The sigmoidal characteristic and sensitive dependence of the induced magnetization on the atomic displacements manifests a sub-50 nm patterning resolution. Patterning of magnetic regions in the form of stripes separated by ∼ 40 nm wide spacers was performed, wherein the magnet/spacer/magnet structure exhibits reprogrammable parallel (↑/spacer/↑) and antiparallel (↑/spacer/↓) magnetization configurations in zero field. Materials in which the magnetic behavior can be tuned via ion-induced phase transitions may allow the fabrication of novel spin-transport and memory devices using existing lateral patterning tools.

X‐ray Rotation‐Tilt‐Method — First Results of a new X‐ray Diffraction Technique

The XRT technique is a further special X-ray microdiffraction method where local X-ray interferences are produced by directing an X-ray or synchrotron beam from an external source with default monochromatic radiation of high intensity and a small diameter (e.g. application of capillary optics) on a crystalline region of a sample. Thereby for each diffracting net plane set a cone can be indicated with the half-opening angle equal to (90°Θhkl) for which the Bragg equation (1) is satisfied.

Simultaneous Drying and Modification of Properties of Starch Using Vacuum Microwave Treatment

The prospect of modifying starch properties while drying was investigated. Potato starch (18% moisture, dry basis) was vacuum microwave treated for different durations (60 to 600 s) with power ratings of 600, 1,000, and 1,500 W at a reduced pressure of 5,000 Pa (absolute). The drying rate was observed to be partially constant but was accompanied by a curious rise in sample temperature. Under a polarized light microscope, reduction in granule size was noticed, which was confirmed from the bulk density measurements, and this shrinkage may be explained by the loss of constituent water. Water absorption capacity of the treated starch samples was further studied at 55°C. The results showed a sudden increase in the capacity, indicating a reduction in gelatinization temperature of starch. This may be attributed to the change in nature of starch from crystalline to amorphous as shown by X-ray diffractograms and to the cracks developed on the granule surface during treatment seen in the scanning electron microscope images. This modified starch can serve well in the paper and food industry.

Phase identification in Ti/TiN diffusion couples with the Kossel technique

A Ti/TiN diffusion couple, which had been prepared by isothermal annealing of a Ti sheet in nitrogen atmosphere at 1091 °C and quenched in water, was investigated by Kossel microdiffraction. Kossel patterns were obtained from all phases present in the diffusion couple (α-Ti(N), η-Ti3N2−x, ζ-Ti4N3−x and δ-TiN1-x)It could be shown that the Kossel technique has a superior lateral resolution (10 μm) compared to commercially used X-ray microdiffraction methods, especially in the case of weak X-ray radiation.

WDX - Wellenlängendispersive Röntgenspektroskopie

WDX ist neben EDX eine Methode der Elektronenstrahlmikroanalyse. Sie nutzt die von einem Festkorper infolge eines Elektronenbeschusses emittierten charakteristischen Rontgenstrahlen, um die darin enthaltenen Elemente qualitativ und quantitativ zu bestimmen. Die auf die Probe treffenden Primarelektronen regen die charakteristische Rontgenstrahlung aller im Untersuchungsvolumen enthaltenen Elemente an. Diese wird sequentiell fur jede einzelne Wellenlange mittels Spektrometerkristallen analysiert und einem entsprechenden Element zugeordnet.

RS - RAMAN-Spektroskopie

Unter Raman-Streuung versteht man die unelastische Streuung von Licht an Molekulen. Der Effekt wurde 1923 von A. SMEKAL vorausgesagt und 1928 durch C.V. RAMAN entdeckt. Das Raman-Spektrum entsteht durch die Wechselwirkung von monochromatischem Licht mit den Molekulen der Probe. Die Energiedifferenz zwischen eingestrahltem und gestreutem Photon wird ublicherweise als „Raman-Shift“ bezeichnet und aufgezeichnet.

SIMS - Sekundärionen-Massenspektrometrie

Sekundarionen-Massenspektrometrie (SIMS) ist eine Technik zur Analyse der Zusammensetzung von festen Oberflachen und dunnen Schichten. Das Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Empfindlichkeit beim Nachweis von Spurenelementen in Festkorpern bis in den ppb-Bereich bei einer lateralen Auflosung im μm-Bereich aus.

EXAFS / XANES - Röntgenabsorptionsspektroskopie

Rontgenabsorptionsspektren zeigen auf einem stetig abfallenden Untergrund bei elementspezifischen Energien Stufen, an denen der Absorptionskoeffizient abrupt ansteigt. Ursache hierfur ist, dass nur Rontgenphotonen mit einer Energie, die hoher ist als die Bindungsenergie eines Elektrons, absorbiert werden konnen. Dabei wird das Elektron bis ins Kontinuum angeregt und verlasst das Absorberatom als Photoelektron. Spezielle Bereiche eines Rontgenabsorptionsspektrums eignen sich sehr gut fur “Fingerprint”-Analysen.

AES - AUGER-Elektronenspektroskopie

P. AUGER entdeckte 1926 den nach ihm benannten Auger-Effekt. Dabei handelt es sich um einen strahlungslosen Ubergang in der Elektronenhulle eines Atoms. Infolge eines Primarelektronenbeschusses werden sogenannte Augerelektronen emittiert, deren Energie fur jedes Element charakteristisch ist. Damit lassen sich qualitative und quantitative Elementanalysen durchfuhren.

EFTEM - Energiegefilterte Transmissionselektronenmikroskopie

Im Transmissionselektronenmikroskop durchdringen hochbeschleunigte Elektronen eine dunne Festkorperlamelle und erleiden infolge inelastischer Streuung an den Elektronenhullen spezifische Energieverluste, welche von der Zusammensetzung, vom kristallinen Aufbau und von den Bindungsverhaltnissen im Festkorper abhangen. Bei der energiegefilterten Abbildung werden zur Bilddarstellung nur Elektronen aus einem spezifischen Energiefenster genutzt. Damit lassen sich Elementverteilungsbilder („Mappings“) erzeugen.