Gekoppelte Oszillatoren als neuartige Sensoren für Cantilever-Magnetometrie

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Die vorliegende Dissertation beschreibt ein neuartiges Sensorkonzept, das auf der Kopplung von zwei einseitig eingespannten, schwingungsfähigen Balken beruht, und dessen Anwendung in der Cantilever-Magnetometrie. Bei dieser handelt es sich um ein Messverfahren, mit dem die magnetischen Eigenschaften von Partikeln oder dünnen Schichten bestimmt werden können. Eine Herausforderung stellt dabei die Untersuchung von Proben mit sehr kleinen Abmessungen, wie zum Beispiel Nanopartikeln, dar. Das beschriebene Sensorkonzept, bei dem ein Nanocantilever an einen Mikrocantilever gekoppelt und die beiden Eigenfrequenzen der Schwinger aufeinander angepasst werden, löst diese Problemstellung. Es entsteht ein ko-resonant schwingendes System, welches die vorteilhaften Eigenschaften beider Federbalken vereint: zum einen die hohe Empfindlichkeit des Nanocantilevers und zum anderen die einfache Detektion des Schwingungszustandes des gekoppelten Systems am Mikrocantilever. In dieser Dissertation wird das Verhalten des ko-resonant gekoppelten Systems mit Hilfe von elektro-mechanischen Analogien und einer systemtheoretischen Beschreibung untersucht. Neben den theoretischen Aspekten werden experimentelle Untersuchungen in der Cantilever-Magnetometrie präsentiert, welche eindrucksvoll das große Potenzial des Sensorkonzepts belegen.