AG Wende - Willkommen

Herzlich willkommen bei der AG Wende

Magnetische Nanostrukturen

Anschrift

Universität Duisburg-Essen
Fakultät für Physik
Experimentalphysik - AG Wende
Lotharstr. 1
47048 Duisburg


Leitung

Prof. Dr. Heiko Wende
Raum: MD 464
Tel.: +49 (0)203 379 2838
heiko.wende@uni-due.de


Sekretariat

Christiane Leuchtenberger
Raum: MD 465
Tel.: +49 (0)203 379 2385
Fax: +49 (0)203 379 3601
christiane.leuchtenberger@uni-due.de

12.07.2016

Prozessoren stromlos schalten

Es ist die Vision eines Computers, der effizient und fast ohne Hitzeentwicklung arbeitet: Einem Team von Wissenschaftlern – unter anderem vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) – ist es gelungen, sogenannte multiferroische Cluster stromlos zu schalten. Diese Entdeckung könnte einen weiteren Schritt hin zur nächsten Generation von Computerchips ermöglichen. Die Ergebnisse hat das Fachmagazin „Advanced Functional Materials“ als Leitartikel veröffentlicht.

09.06.2016

Wie kommunizieren eigentlich Spins miteinander?

Mitglieder der Forschungsgruppe Wende haben die Spin-Kommunikationskanäle von magnetischen Doppeldecker-Molekülen auf ferromagnetischen Substraten analysiert – ihre Ergebnisse sind so bemerkenswert, dass die Zeitschrift Nature Scientific Reports sie veröffentlicht hat. Ändert sich der Spin an einer Stelle, hat das einen Einfluss auf den Spin an anderen Stellen. Untersucht wurde, wie groß dieser Einfluss ist – man spricht auch von Kopplung – und über welche Mechanismen diese Kopplung erfolgt (siehe schematisches Bild). Es zeigt sich eine klare antiferromagnetische Kopplung der Selten-Erd Ionen Tb und Dy über die Phthalocyanin-Liganden an die ferromagnetischen Substrate. Das wurde durch elementspezifische Untersuchungen der Magnetisierung als Funktion des angelegten Magnetfelds bestimmt. Die genaue Analyse der Feldabhängigkeiten zeigt, dass die Tb-Ionen stärker magnetisch gekoppelt sind als die Dy-Ionen. Die Messungen wurden an der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble, Frankreich, durchgeführt.

A. Candini, D. Klar et al. Nature Scientific Reports 6, 21740 (2016)

TEM Aufnahme beschichteter magnetischer Nanopartikel. Adapted with permission from J. Landers et al. Nano Lett., 2016, 16 (2), pp 1150–1155, © 2016 American Chemical Society

16.03.2016

Entspannte kleine Magnete

Magnetische Nanopartikel sind wahre Allrounder: Man verwendet sie zum Beispiel in der Krebstherapie, in Lautsprechern oder in Stoßdämpfern. Doch so verschiedene Anwendungen erfordern möglichst genau eingestellte Materialeigenschaften. Forscher um Professor Heiko Wende vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben nun analysiert, wie solche Partikel relaxieren, und ihre Ergebnisse in der angesehenen Fachzeitschrift „Nano Letters“ veröffentlicht. Hauptaugenmerk lag dabei auf der simultanen Messung von Brownschen und Néelschen Relaxationseigenschaften mittels Mössbauer-Spektroskopie.

Für das Projekt haben die Forscher der UDE innerhalb des Schwerpunktprogrammes 1681 der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit Kollegen der Technischen Universität Braunschweig zusammengearbeitet.

16.11.2015

Materialien, smart und wandelbar

Funktionswerkstoffe sind wahre Multitalente. Sie stecken heute in vielen technischen Geräten – vom Auto bis zum Smartphone. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) setzt auf ihre Entwicklung. Für weitere drei Jahre unterstützt sie daher die Forschergruppe „Ferroische Funktionsmaterialien – Mehrskalige Modellierung und experimentelle Charakterisierung“ (FOR 1509). Dabei werden zwei Teilprojekte der Physiker und Ingenieure an der Universität Duisburg-Essen (UDE) mit über 750.000 Euro gefördert.

Um die Weichen für die weitere erfolgreiche Zusammenarbeit zu stellen, treffen sich die Wissenschaftler zu einem Kick-off am 19. und 20. November im NETZ (NanoEnergieTechnikZentrum). Ihr Ziel ist eine neue Qualität der Charakterisierung und Modellierung von so genannten Smart Materials: Diese Funktionswerkstoffe sind in der Lage, eine physikalische Größe in eine andere zu transformieren, beispielsweise durch Dehnungs- oder Temperaturänderungen oder mithilfe von Magnetfeldern. Fachübergreifend sollen neue Modellierungswerkzeuge und -ansätze entstehen.

Die beiden Koordinatoren, Prof. Dr. Jörg Schröder und Prof. Dr. Doru C. Lupascu, forschen gemeinsam mit Dr. Dominik Brands (Fakultät für Ingenieurwissenschaften) und Prof. Dr. Heiko Wende (Fakultät für Physik) an der UDE. Darüber hinaus sind weitere Kollegen an den Universitäten in Aachen, Darmstadt, Dortmund, Erlangen-Nürnberg, Kaiserslautern und Stuttgart beteiligt. Ihre Expertise umfasst eine große theoretische und experimentelle Bandbreite der gefragten Werkstoffklasse.

Vier der sieben Teilprojekte sind an der UDE und der TU Dortmund verankert. Diese Projekte zeigen, wie intensiv die Ruhrgebietshochschulen unter dem Dach der Universitätsallianz Ruhr zusammenarbeiten: Im Profilschwerpunkt „Materials Chain“ verknüpfen die Universitäten Bochum, Dortmund und Duisburg-Essen die exzellenten Bereiche ihrer Material‐, Werkstoff- und Produktionswissenschaften. Materials Chain deckt dabei vom Materialdesign über die Werkstoffherstellung und -veredelung bis hin zur Charakterisierung und Verarbeitung im Produktionsprozess alle Phasen moderner Produktions- und Materialwissenschaften ab.

© CENIDE

10.11.2015

Neuer Wissenschaftlicher Direktor und Stellvertreter für CENIDE

Auf seiner 59. Sitzung wählte der CENIDE-Vorstand am vergangenen Mittwoch Prof. Dr.-Ing. Stephan Barcikowski zum neuen Wissenschaftlichen Direktor. Sein Kollege Prof. Dr. Heiko Wende übernimmt das Amt des Stellvertreters.

11.09.2015

Erfolgreiche Förderanträge im Schwerpunktprogramm 1599

Mehr als eine Million Euro fließen demnächst in Forschungsprojekte an der Universität Duisburg-Essen (UDE), um die Nutzung von Festkörpern zur Kühlung zu untersuchen. Im Schwerpunktprogramm 1599 „Caloric Effects in Ferroic Materials: New Concepts for Cooling“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft waren die Physiker und Ingenieurwissenschaftler der Universität sehr erfolgreich mit Anträgen für die zweite Förderperiode.

Sie alle eint die Arbeit an einem besonderen Thema: Neuartige Materialien für Kühlschränke und Klimaanlagen. Die bisherigen Systeme schädigen die Umwelt oder verbrauchen viel Strom. Alternativen bieten magnetische oder elektrisch polarisierte Festkörper, sogenannte ferroische Materialien.

Klimaschädliche oder brennbare Gase werden hier nicht benötigt, und die Systeme sind effektiver. Dabei wird ausgenutzt, dass sich die magnetische bzw. elektrische Ordnung an Phasenübergängen ändert. Ähnliche Phasenübergänge spielen auch im Alltag beim Schwitzen eine wichtige Rolle: Der Körper kühlt ab, wenn Flüssigkeit verdampft.

Sieben Mitglieder des Center for Nanointegration (CENIDE), im Einzelnen Prof. Dr. Mehmet Acet, Prof. Dr. Peter Entel, Prof. Dr. Michael Farle, Dr. Anna Grünebohm, PD Dr. Markus Gruner, Prof. Dr. Heiko Wende (alle Fakultät für Physik) und Prof. Dr. Doru C. Lupascu (Fakultät für Ingenieurwissenschaften), können nun bei diesem wichtigen Thema die Richtung international mitbestimmen.

Preisverleihung mit (v.l.) Martin Sutter, Reinhard Paß, PD Dr. Carolin Schmitz-Antoniak und Prof. Dr. Ulrich Radtke (Foto: GDB-Stiftung)

10.08.2015

PD Dr. Carolin Schmitz-Antoniak erhält den Gottschalk-Diederich-Baedeker-Preis

Mit dem diesjährigen Gottschalk-Diederich-Baedeker-Preis werden die herausragenden Leistungen von PD Dr. Carolin Schmitz-Antoniak gewürdigt. Die an der Universität Duisburg-Essen (UDE) lehrende Physikerin erforscht das umfangreiche Gebiet der nanoskaligen magnetischen Materialien. Diese werden sowohl in der Medizin, z.B. in der Kernspintomographie oder Tumorbehandlung, als auch in künftigen Datenspeichermedien eingesetzt. Der Preis ist mit 5.000 Euro dotiert.

Carolin Schmitz-Antoniak begann ihre wissenschaftliche Karriere in ihrer Geburtsstadt Braunschweig. Nach dem Diplom wechselte sie an die UDE, wo sie ihre Dissertation in Experimentalphysik schrieb. Anschließend erarbeitete sie sich in unserer Arbeitsgruppe sehr schnell ein eigenes Forschungsgebiet in den nanoskaligen magnetischen Systemen – hier widmete sie sich interessanten neuen Anwendungsmöglichkeiten.

Ihre Fähigkeit, in verschiedenen Kooperationen wichtige Forschungsergebnisse zu erzielen und internationale Netzwerke aufzubauen, brachte ihr nationale und internationale Anerkennung. Sie versteht es zudem, den Nachwuchs zu begeistern und mit neuartigen Versuchsaufbauten zu fördern. So baute Sie unter anderem einen neuen Versuch für das Praktikum für Fortgeschrittene auf.

08.04.2015

Effektives Kühlen mit Festkörpern

Neue Veröffentlichung der AG Wende zusammen mit Dr. Markus Gruner und anderen Wissenschaftlern in Physical Review Letters.

Zwei Fliegen mit einer Klappe kann man erwischen, wenn man mit magnetischen Festkörpern kühlt,  statt wie üblich Gase zu komprimieren und wieder expandieren zu lassen. Bei der Festkörperkühlung vermeidet man einerseits klimaschädliche Gase, andererseits hat der magnetokalorische Effekt, der dabei genutzt wird, eine wesentlich höhere Effektivität – hilft also beim Energiesparen.

Die Idee dabei ist es, Spinmomente im Festkörper durch ein magnetisches Feld auszurichten. Dabei erwärmt sich der Festkörper – diese Wärme wird beim konventionellen Kühlschrank nach außen abgegeben. Schaltet man das Magnetfeld ab, orientieren sich die Spinmomente wieder zufällig aus, wobei sich der Festkörper abkühlt. Das ist analog zur Abkühlung des expandierenden Gases beim üblichen Kühlen.

Ein vielversprechendes Materialsystem für die Anwendung ist La(Fe-Si)13, das solch einen magnetokalorischen Effekt in signifikanter Größe besitzt. Dieser beruht - wie nun gezeigt - auf einem komplexe Zusammenspiel zwischen Magnetismus, Gitterstruktur und elektronischer Struktur. Dazu haben Mitglieder der Arbeitsgruppe Wende zusammen mit Dr. Markus Gruner und anderen Wissenschaftlern Experimente und numerische Berechnungen durchgeführt, die direkte Hinweise auf eine enge Kopplung und den zugrunde liegenden mikroskopischen Mechanismus liefern. Die Ergebnisse wurden in der angesehenen Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

Zur Veröffentlichung

Anharmonische Spinstruktur im Mössbauer-Spektrum. Adapted with permission from J. Landers et al. Nano Lett., 2014, 14 (11), pp 6061–6065, © 2016 American Chemical Society

13.10.2014

Magnetische Ordnung in Multiferroischen Nanopartikeln

Mitarbeiter der AG Wende publizieren in NanoLetters, im Rahmen einer CENIDE Kooperation mit der Materialwissenschaft der Abteilung Bauwesen in Essen.

Untersucht wurde das Verhalten von BiFeO3 (Bismutferrit), welches bereits bei Raumtemperatur multiferroisches Verhalten zeigt, wegen seiner antiferromagnetischen Ordnung aber bislang wenig Anwendung fand. Bei Nanopartikeln verhält sich das Material jedoch schwach ferromagnetisch, eine offenbar größenabhängige Eigenschaft, welche im Rahmen einer vorhergehenden Kooperation schon erörtert wurde.

Bei dieser Arbeit wurde die in BiFeO3 auftretende magnetische Ordnung untersucht, eine komplexe, periodische zykloidale Struktur mit einer festen Periodenlänge. Durch Messungen an Nanopartikeln verschiedener Größe mittels Mössbauer-Spektroskopie konnte das temperaturabhängige Verhalten der Spinstruktur ermittelt werden.

Ankündigung

575. Wilhelm und Else Heraeus-Seminar: "Functional metalorganics and hybrids"

17. - 19. November 2014
Physikzentrum Bad Honnef

 

Weitere Details und Informationen zur Teilnahme:575. Wilhelm und Else Heraeus-Seminar

29.11.2013

Industrie und Grundlagenforscher kooperieren bei Projekt - Mehr Speicherdichte für PCs

Computer-Festplatten müssen heute Unmengen an Daten speichern können. Für die Hersteller wird das langsam zum Problem: Mit den bisherigen Materialien ist noch mehr Leistung kaum herauszuholen. Das wollen wir, die Arbeitsgruppe Wende der Universität Duisburg-Essen, die Universität Uppsala sowie Seagate, ein weltweit führender Anbieter von Festplatten, ändern. Wir wollen ultradünne Schichtstrukturen entwickeln, die eine stärkere Magnetisierung erlauben – ohne die geht es nämlich beim Schreiben und Lesen von Informationen nicht. Unser Projekt NU-MATHIMO (New Materials for High Moment Poles and Shields) wird in den kommenden vier Jahren mit einer Million Euro von der EU gefördert.

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Dr. Carolin Schmitz-Antoniak

04.11.2013

Dr. Carolin Schmitz-Antoniak tritt Helmholtz-Nachwuchsgruppenleiter-Stelle an

Dr. Carolin Schmitz-Antoniak aus unserer Arbeitsgruppe hat eine der sehr gut ausgestatteten und daher sehr begehrten Helmholtz-Nachwuchsgruppenleiter-Stellen eingeworben. Sie wird zum 1. Februar 2014 ihre neue Stelle am Forschungszentrum Jülich am Peter Grünberg Institut 6 antreten.

Im Rahmen des Programms erhalten die jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für fünf Jahre eine Förderung von bis zu 250.000 € jährlich. Mit diesen Mitteln können sie erstmals eine eigene Forschungsgruppe aufbauen und leiten.

Nanokomposit

26.06.2013

Duett auf Nano-Art

Ferroelektrische und -magnetische Eigenschaften voneinander abhängig in einem System zu nutzen, daran arbeiten Wissenschaftler schon seit Langem. Dem Team um die Experimentalphysiker Prof. Heiko Wende, Prof. Wolfgang Kleemann und Dr. Carolin Schmitz-Antoniak ist dies jüngst in einem Komposit-System gelungen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der aktuellen Ausgabe der  „Nature Communications“.

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Dr. Anne Warland

11.04.2013

Anne Warland

hat den Doktortitel erworben mit dem Thema "Röntgenabsorptionsspektroskopie an Fe-Oxid-Nanopartikeln"

Die Arbeit steht auf dem Publikationsserver der Universität zur Verfügung.

-> Link zur Arbeit auf DuEPublico

29.11.2012

Forscher unserer Fakultät erfolgreich beim neuen Schwerpunktprogramm SPP 1599

Geräte zur Kühlung gehören zu den größten Verbrauchern von Elektrizität und erzeugen so einen beträchtlichen Beitrag zur weltweiten CO2-Emission. Die kürzlich entdeckten riesigen Entropieänderungen, die mit ferroelastischen Phasenumwandlungen in Festkörpern verbunden sind, versprechen hohe Effizienzen für zukünftige Kühlgeräte. Da außerdem als Kühlmittel Festkörper verwendet werden, kommt diese Technologie völlig ohne Kohlenwasserstoffe aus, die mitverantwortlich für die globale Erwärmung sind.

Um die Forschung auf diesem Gebiet zu beschleunigen, hat die DFG das Schwerpunktprogramm SPP 1599 zu dem Thema “Caloric Effects in Ferroic Materials: New Concepts for Cooling” ins Leben gerufen. Das Programm soll die größten Herausforderungen angehen, die bei der Einführung von ferroischen Materialien in die praktische Anwendung auftreten.

Prof. Dr. Peter Entel, Prof. Dr. Michael Farle/Prof. Dr. Mehmet Acet und Prof. Dr. Heiko Wende aus unsere Fakultät haben zusammen mit Prof. Dr. Doru C. Lupascu (Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Institut für Materialwissenschaft) mit ihren Anträgen bei dem neuen Schwerpunktprogramm SPP 1599 Erfolg gehabt und können nun bei diesem wichtigen Thema die Richtung mitbestimmen.

-> Link zur Projektseite

07.11.2012

Prämierte Paper und Fotos

Bei der gestrigen Mitgliederversammlung in der Sportschule Wedau wurden unter anderem die jeweils fünf Gewinner des Best Paper Awards sowie des Fotowettbewerbs geehrt, darunter auch Dr. Carolin Schmitz-Antoniak und Soma Salamon aus unserer Arbeitsgruppe.

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Dr. Carolin Schmitz-Antoniak

28.08.2012

Dr. Carolin Schmitz-Antoniak erhält in Peking den Dale Sayers Young Scientist Award

Seit 2003 vergibt die International X-ray Absorption Society (IXAS) alle drei Jahre den IXAS Dale Sayers Young Scientist Award für Nachwuchswissenschaftler, die herausragende Beiträge auf dem Gebiet der Forschung mit Synchrotronstrahlung geliefert haben. Frau Dr. Schmitz-Antoniak aus der Forschungsgruppe von Prof. Dr. Heiko Wende hat den Preis auf der 15. Internationalen Röntgenabsorptionskonferenz XAFS15 in Peking erhalten für die Erforschung der Struktur und des Magnetismus nanoskaliger Systeme. Der Preis wird zu Ehren von Dale Sayers, einem der Pioniere der modernen Spektroskopie mit Röntgenstrahlung zur lokalen Strukturbestimmung vergeben. Neben der Urkunde erhielt Frau Dr. Schmitz-Antoniak 500 Dollar und ein chinesisches Teeservice.

Dr. Bernhard Krumme

24.07.2012

Bernhard Krumme

hat den Doktortitel erworben mit dem Thema

"Einfluss von Unordnung und Grenzflächen auf elektronische und magnetische Eigenschaften von Heusler-Systemen"

 

Die Arbeit steht auf dem Publikationsserver der Universität zur Verfügung.

-> Link zur Arbeit auf DuEPublico

Leonardo auf WRD5

11.04.2012

Interview bei Leonardo WDR5

Nanomagnete - Winzige Magnete mit riesigen Möglichkeiten

"So hört es sich an, wenn Physiker Nanomagnete herstellen. Professor Heiko Wende und sein Team haben in ihrem Labor an der Universität Duisburg-Essen eine zwei meterhohe Apparatur für die winzigen Magnete aufgebaut. In der Mitte befindet sich eine fassgroße Stahlkammer, drumherum Rohre und Messgeräte. Was da surrt, ist eine Vakuumpumpe. ..." lautet der Anfang des Radioberichtes über Nanomagnete in Leonardo dem Wissenschaftsmagazin des WDR5.

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FePt - Schema

14.11.2011

Winzige, maßgeschneiderte Magnete

Mitarbeiter der AG Wende, AG Farle und AG Entel veröffentlichen in „Nature Communications

Nanomagnete werden heutzutage vielerorts eingesetzt: in der Medizin genauso wie in der Datenspeicherung. Dazu müssen sie mal stark, mal schwach magnetisch sein. Wie man die winzigen Magnete mit ganz bestimmten Eigenschaften herstellt, haben Mitarbeiter der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Heiko Wende, Prof. Dr. Michael Farle und der Arbeitsgruppe Prof. Dr. Peter Entel soeben herausgefunden und ihre Ergebnisse veröffentlicht. Sie haben nun konkrete Regeln definiert, mit denen es möglich ist, schon bei der Herstellung der Nanomagnete deren Eigenschaften genau zu bestimmen. Dazu hat das Team aus der Experimentalphysik die Nanopartikel mit unterschiedlichen Metallen ummantelt und anschließend deren Effekt auf die magnetischen Eigenschaften der innenliegenden Partikel gemessen.

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Schematische Darstellung der magnetischen Kopplung

Experiment des Monats

Wie schlägt man das 75 Jahre alte Slater-Pauling-Limit?

Magnetische Materialien mit großen magnetischen Momenten bei Raumtemperatur finden heute in zahlreichen Beispielen Anwendungen: als Schreibköpfe für Computer-Festplatten, Elektromotoren, Generatoren, Transformatoren usw. Der Rekord wird seit 75 Jahren von einer Fe-Co-Legierung gehalten mit einem magnetischen Moment von ca. 2.45 µB pro Atom. Selten-Erd-Metalle besitzen zwar weitaus größere magnetische Momente, allerdings weisen sie bei Raumtemperatur keine ferromagnetische Ordnung auf. Kombiniert man diese mit Ferromagneten wie z.B. Fe, so wird die Ordnungstemperatur des Selten-Erd-Metalls durch die Kopplung erhöht. Allerdings ist die Kopplung zwischen den verschiedenen Metallen antiferromagnetisch, was die Nettomagnetisierung wiederum drastisch reduziert. Ein Ausweg aus diesem Dilemma wurde nun in einer gemeinsamen Arbeit der AG Wende mit der Theorie-Gruppe um O. Eriksson (Uppsala) gefunden.

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05.02.2010

Neuer Versuch im Praktikum für Fortgeschrittene

Im Rahmen der Ringvorlesung Moderne Messmethoden der Physik wurde ein neuer Versuch im Praktikum für Fortgeschrittene vorgestellt. Der Versuch läuft unter "Mess- und Experimentiertechnik" und heißt "Beugung langsamer Elektronen und Auger-Elektronen-Spektroskopie im Ultrahochvakuum".

Obwohl die Oberflächenphysik bei mehreren Arbeitsgruppen in der Fakultät für Physik Schwerpunkt ist, waren bisher Versuche zu diesem Gebiet stark unterrepräsentiert. Ziel ist es Standard-Prozeduren zur Reinigung und Charakterisierung von Oberflächen im Ultrahochvakuum zu erlernen. Die Anlage ist komplett neu und mit fast 120.000 € aus den Mitteln der Fakultät angeschafft worden. Die Apparatur wurde von Frau Dr. Carolin Antoniak aus der Arbeitsgruppe Wende aufgebaut, in Betrieb genommen und nun vorgestellt.

Im Praktikum kann dann ab März 2010 unter Ultrahochvakuum die Oberfläche eines Kupfer-Einkristalls durch Ionenätzen mit hochenergetischen Argon-Ionen gesäubert werden. Anschließendes lässt sich durch Heizen die dabei entstehende Rauhigkeit reduzieren. An der sauberen, glatten Oberfläche kann die atomare Zusammensetzung mittels Auger-Spektroskopie analysiert werden. Eine Auswertung von LEED-Reflexen ergibt außerdem die Gitterkonstante in der Ebene. Einlassen von O2-Gas führt zu einer Überstruktur, die durch weitere LEED-Aufnahmen identifiziert und mit Auger-Spektroskopie charakterisiert werden soll.