Temperatursensoren für Brennstoffzellen Dr. Antonia Ruffo hat in ihrer Doktorar- beit ferromagnetische Materialien er- forscht, die als Temperatursensoren in Polymer-Elektrolytmembran-Brennstoff- zellen (PEMFCs) eingesetzt werden könn- ten. Diese Brennstoffzellen zeichnen sich durch den Einsatz eines festen Polymer- Elektrolyten aus, wandeln wie andere Brennstoffzellen Wasserstoff effizient in elektrische Energie um und könnten ver- mehrt in Elektroautos zum Einsatz kom- men. Ihr Betrieb erfordert jedoch eine stabile Temperatur, da die eingesetzte Membran nur bei optimaler Feuchtigkeit Protonen leiten kann. Ist es zu heiss, trocknet die Membran aus und die Proto- nenleitfähigkeit sinkt. Ist es zu kalt, tritt eine Wasserüberschwemmung auf, was den Gasaustausch behindert. Eine genaue Temperaturüberwa- chung im Inneren der Zelle ist daher ent- scheidend. Dazu untersuchte Antonia Ruffo verschiedene ferromagnetische Ma- terialien im Mikro- und Nanobereich, die sich als Temperatursensoren eignen. Eine Neodym-Eisen-Bor-Legierung (Nd- FeB) optimierte sie schliesslich für den Einsatz in den betriebsbereiten Brenn- stoffzellen. Mit einer derartigen nicht-invasiven Temperaturmessung im Inneren der Zelle leistet die Arbeit einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis der Tempera- turverteilung in PEMFCs. Sie zeigt auf, wie neue Sensormaterialien die Betriebs- stabilität und Effizienz dieser Technolo- gie verbessern können – ein Schritt hin zur breiteren Nutzung dieser umwelt- freundlichen Energiequelle. Antonia Ruffo war für ihre Doktorarbeit am Paul Scherrer Institut. Jetzt arbeitet sie als Senior Scientist bei Lonza. Nanodrähte als empfindliche Sensoren Dr. Lukas Schneider hat in seiner Doktor- arbeit den Magnetismus im Nanobereich mithilfe einer verfeinerten Version der Magnetkraftmikroskopie untersucht. Dazu verwendete er einen Cantilever – einen einseitig fixierten Nanodraht – der in pendelartiger Manier schwingt und an dessen freiem Ende ein winziger Magnet sitzt. Mit diesem hochempfindlichen Sen- sor lassen sich sehr schwache Magnetfeld- änderungen mit einer Auflösung von we- niger als 100 Nanometern aufzeigen. Die Magnetkraftmikroskopie ist dabei nicht nur äusserst sensitiv, sondern lässt sich auch über einen weiten Parameter- bereich einsetzen, von Temperaturen nahe des absoluten Nullpunkts bis hin zur Raumtemperatur und in starken Ma- gnetfeldern von mehreren Tesla. Neben der Abbildung statischer Magnetfeldver- teilungen erschliesst die Methode auch, wie stark ein Material dynamisch durch das Magnetfeld des winzigen Magneten beeinflusst wird. Konkret demonstrierte Lukas Schnei- der diese neu verfeinerte Version der Mag- netkraftmikroskopie am Helimagneten Cu ₂ OSeO ₃ sowie an den zweidimensionalen Van-der-Waals-Magneten, Cr ₂ Ge ₂ Te ₆ und EuGe ₂ . Dabei zeigte sich, dass die Magnet- kraftmikroskopie mit Nanodrähten als Cantilever besonders für schwach magne- tische Proben geeignet ist und das Abbilden des lokalen magnetisches Reaktionsverhal- ten auf der Nanoskala ermöglicht. Publikation: https://pubs.rsc.org/en/content/ articlelanding/2024/nr/d3nr06550b Lukas Schneider hat seine Doktorarbeit am De- partement Physik der Universität Basel geschrie- ben und arbeitet nun dort als Postdokoktorand. Magnetische Wirbel für die Datenspeicherung Dr. Sam Treves hat in seiner Doktorarbeit sogenannte Skyrmionen des Materials Neodym-Mangan-Germanid ( NdMn ₂ Ge ₂ ) untersucht und deren Potenzial für künf- tige Speichertechnologien aufgezeigt. Skyrmionen sind winzige, stabile mag- netische Wirbel mit grossem Potenzial für Datenspeicherung und neuartige Rechen- verfahren. Bevor sie genutzt werden kön- nen, ist es wichtig zu verstehen, wie sie entstehen, verschwinden und miteinan- der wechselwirken. NdMn ₂ Ge ₂ -Kristalle eignen sich für solche Studien, da Skyr- mionen in diesem Material nach einem geeigneten Feldkühlungsprotokoll bei Raumtemperatur und ohne angelegtes ex- ternes Magnetfeld stabil bleiben können. Sam Treves untersuchte zunächst dünne Lamellen, die er aus einem Kristall geschnitten hatte und konnte stabile Skyrmionen nachweisen – auch bei Tem- peraturänderungen und angelegten Ma- gnetfeldern. Die Kristalle wachsen jedoch sehr langsam, sind recht teuer und lassen sich nur schwer skalieren. Daher züch- tete und untersuchte er dünne Schichten des Materials, die leichter herzustellen und zu vergrössern sind. In NdMn ₂ Ge ₂ - Dünnschichten, die auf einem Substrat gewachsen sind, beobachtete er nach ei- nem Feldabkühlungsprotokoll bei Raum- temperatur ebenfalls skyrmionartige Strukturen. Anders als im Kristall konnte die Richtung der Magnetisierung des Sky- rmionkerns dort umgekehrt werden – vermutlich aufgrund kleiner Körner und Defekte im Material. Publikation: https://doi.org/10.1038/s41598 024 82114 2 Sam Treves hat seine Doktorarbeit am Departe- ment Physik der Universität Basel geschrieben. 19 SNIJahresbericht 2025