Innovation dank Simulation: Mobilfunk & Mehr mit magnetischen Nanokomponenten

St. Pölten, 2. Dezember 2010 – Kleine magnetische Nanobauteile können in der Zukunft
große Anwendungsfelder finden – und die Fachhochschule St. Pölten liefert mit einer
anspruchsvollen Simulations-Software die Basis dafür. Als Partnerin in einem
Kooperationsprojekt der TU Wien mit der Universität Paris Sud trägt sie so dazu bei, die
Grundlagen für Mobilfunkgeräte und Sensoren einer neuen Generation zu schaffen. Ziel
des Projekts ist zum einen ein besseres Verständnis magnetischer Prozesse und zum
anderen ein anwendungsorientierter Einsatz – in Form von speziellen Generatoren für die
Erzeugung von Mikrowellen-Strahlung und magnetischen Sensoren im platzsparenden
„Nano-Design“. Ihre Entwicklung basiert auf Prozessen, die bisher nicht ausreichend
berechenbar waren. Ein Hindernis, das nun mit der Expertise für Simulation an der FH St.
Pölten beseitigt wird.

Miniaturisierung ist keine Kleinigkeit. Eine große Herausforderung ist sie vor allem für die
Kommunikationstechnologie. Dem Wunsch nach immer mehr Funktionalität auf immer
kleinerem Raum sind physikalische Grenzen gesetzt. Durch besseres Verständnis und
optimales Nutzen von Materialeigenschaften finden sich jedoch noch neue Möglichkeiten
zur Miniaturisierung. Ein Team um Prof. Dr. Thomas Schrefl, Leiter des Master-
Studiengangs „Industrial Simulation“ der Fachhochschule St. Pölten, ist der Zukunft immer
einen Schritt voraus – dank seiner Expertise in der Simulation von magnetischen
Materialeigenschaften.

In einem aktuellen Projekt der TU Wien ist sein Know-how als Kooperationspartner nun
ganz besonders gefragt. Denn hier geht es um die Entwicklung magnetischer
Generatoren, die elektronische Strahlung im Mikrowellenbereich erzeugen sollen und in
den Handys der Zukunft ihre Anwendung finden werden. Ein weiteres Entwicklungsziel ist
ein Prototyp für magneto-elastische Sensoren mit breiten Anwendungsmöglichkeiten.

Spin Doctor
Doch für die Konzipierung dieser konkreten Produkte müssen erst allgemeine Erkenntnisse
über magnetische Prozesse gewonnen werden. Dazu Prof. Schrefl: „Wenn wir
magnetische Materialien besser verstehen, können wir ihre besonderen Effekte optimal
nutzen. Dann können wir Bauteile verkleinern und energiesparender auslegen. Im
konkreten Fall befassen sich die Kooperationspartner der TU Wien mit dem Spin-torque
und dem magnetischen Widerstand. Beide Vorgänge stehen im Zusammenhang mit dem
Spin von Elektronen. Dabei handelt es sich um eine quantenmechanische Größe des
Elektrons, mit der ein magnetisches Moment verbunden ist. Wenn wir diese Vorgänge
kontrollieren, dann können wir winzige, regelbare Giga-Hertz-Oszillatoren für den Mobilfunk
ebenso entwickeln, wie magnetische Sensoren, die völlig ohne Stromversorgung oder
sonstige elektronische Bauelemente auskommen.“

Pionierleistung
Damit wird technologisches Neuland beschritten– das zunächst „kartographiert“ werden
muss. Genau das ermöglicht das aktuelle Projekt, das vom Wiener Wissenschafts-,
Forschungs- und Technologiefonds WWTF mit über einer halben Million Euro gefördert
wird. In diesem Projekt soll die mathematische Beschreibung des Spin-torques und des
magnetischen Widerstands erweitert werden. Tatsächlich sind trotz beachtlicher Fortschritte
in letzter Zeit die bisherigen Modelle unvollständig und damit für konkrete, technische
Anwendungen ungeeignet.

Wer mit den magnetischen Prozessen wirklich „etwas machen will“, der muss sie genauer
beschreiben und ihr Verhalten unter spezifischen Bedingungen verstehen. Daher gliedert
sich das Projekt in mehrere aufeinander aufbauende Teilprojekte, wie Dr. Gino Hrkac vom
Institut für Analysis und Scientific Computing der TU Wien erläutert: „Mathematiker werden
sowohl den Spin-torque als auch den magentischen Widerstand numerisch genauer
beschreiben als je zuvor. Auf Basis dieser Daten entwickeln wir eine Simulations-Software.
Das Tool ermöglicht den Physikern ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden
Mechanismen. Darauf aufbauend können nun die Ingenieure im Projekt-Team Prototypen
bilden und Bauvorschriften entwickeln.“ Zu den Prototypen des Projekts zählt ein winziger
Giga-Hertz-Oszillator, der die Frequenz eines Mobilgerätes im Bereich von 5 – 40 Giga-
Hertz regelbar macht und optimal in bestehende Geräte integriert werden könnte.

Dieses Projekt zeichnet besonders aus, dass der klare Fokus auf der technischen
Anwendung liegt und gleichzeitig fundemtale Erkenntnisse zu Eigenschaften magnetischer
Materialien geschaffen werden. Prof. Schrefl ergänzt: „Das Projekt bietet damit vielleicht
auch ein gelungenes Beispiel für eine Kombination grundlegender universitärer
Wissenschaft mit dem anwendungsorientierten Forschergeist einer österreichischen
Fachhochschule.“

Über die Fachhochschule St. Pölten
Die Fachhochschule St. Pölten ist Anbieterin praxisbezogener und leistungsorientierter
Hochschulausbildung in den Bereichen Technologie, Wirtschaft und Gesundheit &
Soziales. In mittlerweile 14 Studiengängen werden mehr als 1800 Studierende betreut.
Neben der Lehre widmet sich die FH St. Pölten intensiv der Forschung. Die
wissenschaftliche Arbeit erfolgt innerhalb der Studiengänge sowie in eigens etablierten
Instituten, in denen laufend praxisnahe und anwendungsorientierte Forschungsprojekte
entwickelt und umgesetzt werden.

Pressetext zum Download verfügbar unter:
http://www.fhstp.ac.at/ueberuns/presse/presseaussendungen

Wissenschaftlicher Kontakt:
Prof. Dr. Thomas Schrefl
Fachhochschule St. Pölten
Leiter des Master-Studiengangs Industrial Simulation
Matthias Corvinus-Str. 15
3100 St. Pölten
T +43 / (0)2742 / 313 228 – 313
E thomas.schrefl@fhstp.ac.at
W http://www.fhstp.ac.at

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