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Struktur und Magnetismus nanoskaliger Systeme

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2021-10-19: Genauer geht nicht!

Neuartiger Sensor detektiert Wassermoleküle bei kleinsten Konzentrationen

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universität Duisburg-Essen und der Staatlichen Technischen Universität Juri Gagarin in Saratow haben einen Sensor entwickelt, der Wassermoleküle erkennt, die auf seine Oberfläche sinken. Basis des Sensors sind MXene, zweidimensionale anorganischen Verbindungen, die aus nur wenige Atome dicken Schichten von Übergangsmetallcarbiden und -nitriden bestehen.

Die relative Luftfeuchtigkeit wird zu einem wichtigen Faktor, der komfortable und sichere Umgebungsbedingungen in der biomedizinischen Verarbeitung, der Mikroelektronik und der Gesundheitsüberwachung definiert und moderne Geräte zu seiner präzisen Kontrolle erfordert. Kommerzielle Sensoren, die auf voluminösen Materialien basieren, sind jedoch nicht in der Lage, sehr niedrige H₂O-Konzentrationen (< 50 ppm) zu erkennen, was den Einsatzbereich der Sensoren erheblich einschränkt.

Ein Team von Wissenschaftlern der Universität Duisburg-Essen (Deutschland) und der Staatlichen Technischen Universität Juri Gagarin in Saratow (Russland) geht dieses Problem mit einer völlig neuen Strategie an. Sie verwenden zweidimensionale nanometrische Materialien, die in der Lage sind, kleinste Mengen Wassermoleküle zu erkennen, die auf ihre Oberfläche sinken. "Auf diese Weise verbessert sich die Sensorleistung enorm - die Nachweisgrenze wird weit unter den bisherigen Stand der Technik verschoben. Mehr geht eigentlich nicht.", freut sich die Erstautorin Hanna Pazniak. Sie ist seit Oktober 2020 an der UDE und forscht eigentlich zu magnetischen MAX-Phasen im Sonderforschungsbereich/Transregio 270 - "Hysterese-Design magnetischer Materialien für effiziente Energieumwandlung" in Teilprojekt B02. Die Entwicklung des neuen Sensors ist ein gutes Beispiel dafür, wie Forschung in kurzer Zeit auf andere Gebiete übertragen werden kann.

Die Schlüsselrolle spielten MXene - eine neue Klasse von zweidimensionalen Übergangsmetallcarbiden und -nitriden. Mo₂CT_x MXenes werden verwendet, die ein riesiges Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aufweisen. Die entworfenen Sensoren zeigen eine höhere Empfindlichkeit als andere MXene gegenüber H₂O-Dämpfen mit einer Nachweisgrenze von 10 ppm, was der niedrigste bisher bekannte Wert ist. Eine hohe Reproduzierbarkeit und eine Langzeitstabilität für mindestens 6 Monate sind weitere Eigenschaften, die für den Serieneinsatz Voraussetzung sind.

Insgesamt versprechen die herausragenden Eigenschaften der entwickelten Mo₂CT_x MXene viele mögliche Anwendungen, bei denen eine exakte Hygrometrie Voraussetzung ist. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich in der angesehenen Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlicht (https://doi.org/10.1002/adma.202104878).

Weitere Informationen:
Dr. Hanna Pazniak, Fakultät für Physik, hanna.pazniak@uni-due.de
Prof. Dr. Ulf Wiedwald, Fakultät für Physik, ulf.wiedwald@uni-due.de

2021-10-07: CONGRATULATIONS: Prof. apl. Dr. Ulf Wiedwald
Wir gratulieren Ulf herzlichst zur Ernennung zum außerplanmäßigen Professor der Fakultät für Physik. Ulf hat nach einem Beginn an der TU Braunschweig, einem Zwischenstopp in Duisburg und Ulm sein wissenschaftliches Heim an unserer Fakultät und der Fakultät für Medizin seit einigen Jahren aufgebaut. Seine Arbeitsgebiete spiegeln diesen Spagat wieder. Einerseits untersucht er biomedizinische Fragestellungen, deren Beantwortung zur Entwicklung neuer Krebstherapien eingesetzt werden können, und andererseits beschreitet er neue Wege in der Herstellung sogenannter MAX-Phasen Materialien, die in den letzten Jahren ein exponentiell wachsendes Interesse aufgrund ihrer sehr speziellen Eigenschaften gefunden haben.

2021-10-01: Dr. Natalia Shkodich neu in unserem Team
Wir begrüßen Dr. Natalia Shkodich (MISIS und ISMAM, Moskau, Russland) in unserem Team.
Sie wird als Junior-Gruppenleiterin im Rahmen des CRC / TRR 270 "Hysteresis design of Magnetic Materials for efficient energy conversion" an neuen "Super-Magneten" auf Basis innovativer Werkstoffe wie "High-Entropy Alloys (HEAs)" und verwandten "Compositionally complex magnetocalorics (CoCoMaCa)" forschen. Hierzu stehen hier die neuesten Apparaturen zur Analytik auf atomarer bis makroskopischer Skala zur Verfügung. Eine der Herausforderungen ist beispielswese die Verknüpfung der viel-elementigen Materialien zu einem Produkt, welches die elektrische Valenzelektronenkonzentration - und somit Eigenschaften - von Eisen hat, ohne Fe zu enthalten. Schwerpunkt der Synthese dieser Materialien, die aus 5 und mehr Elementen zusammengesetzt sein können, wird auf einem relativ neuen Verfahren des "High Energy Ball Milling" beruhen.
Studierende, die Interesse an der Mitarbeit in einem herausfordernden Projekt haben, melden sich bitte direkt bei Frau Dr. Shkodich (natalia.shkodich@uni-due.de) oder Prof. Farle (farle@uni-due.de") .

2021-09-09: 25. Deutsche Physikerinnentagung

Vom 8. bis 10. November 2021 konzentriert sich die 25. Deutsche Physikerinnentagung drei Tage lang auf den fachlichen Austausch sowie auf die Karriereplanung und das Networking von Frauen in der Physik.
Zur Website der DPG

2021-07-14: Förderzusage: Programm zur Förderung des exzellenten wissenschaftlichen Nachwuchses
Wir gratulieren Benjamin Zingsem zur Förderung seines Projekts "Towards Magnetic Resonance Observed by Transmission electron microscopy" durch die UDE. Die Förderung in Höhe von rund 30 k� erfolgt im Rahmen des Programms zur Förderung des exzellenten wissenschaftlichen Nachwuchses.

2021-06-18: Würdigung für Dr. Benjamin Zingsem (Projekt Z02 des SFB/TRR 270)
Herr Dr. Benjamin Zingsem wurde im Rahmen des Dies Akademicus 2021 der Universität Duisburg-Essen für die beste Promotion 2020/21 an der Fakultät für Physik ausgezeichnet.
https://www.youtube.com/watch?v=bMltwjPdWZA
Wir freuen uns mit ihm und auf eine weitere Zusammenarbeit.

Einige Eindrücke ...