Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der richtige Dreh für den perfekten Kristall

30.05.2016

Utl. Physiker entwickeln neue Methode der Kristallerzeugung

Egal ob in Metallkunde, Gemmologie (Edelsteinkunde) oder auch Elektrotechnik, die Anwendungsgebiete von Kristallen sind breit gefächert. Ein Team um Christos Likos von der Fakultät für Physik der Universität Wien hat nun in Zusammenarbeit mit dem National Institute of Standards and Technology (NIST, USA) und der Princeton University (USA) eine neue Methode entwickelt, die das Wachstum von großen, periodischen Kristallen verbessert. Die Ergebnisse dazu wurden aktuell im Fachmagazin ACS Nano publiziert.


Die Wissenschafter konnten zeigen, dass eine langreichweitige Ordnung durch die Verwendung einer Mischung von Kolloiden und polymerartigen Teilchen wiederhergestellt werden kann.

Copyright: Christos Likos Universität Wien

Kristalle sind Festkörper, deren mikroskopisch kleine Bausteine regelmäßig in einer periodischen Struktur angeordnet sind. Viele der Eigenschaften, die Kristalle so nützlich machen, basieren auf der detaillierten und strukturierten Anordnung ihrer Bestandteile.

Diese regelmäßige Kristallstruktur wirkt sich wiederum in hohem Maße auf das Zusammenspiel der einzelnen Bausteine aus. In molekularen und atomaren Kristallen ist die Kraft zwischen den Bausteinen von Natur aus vorgegeben. Die einzige Möglichkeit die Kristallstruktur umzuwandeln besteht entweder darin, die äußeren Bedingungen (Temperatur, Druck, etc.) zu verändern, oder die Partikel selbst auszutauschen.

Im Gegensatz dazu ist es möglich, im Bereich der Physik der Weichen Materie, in dem die Bausteine um ein Vielfaches größer und komplexer sind als Atome, Bausteine mit extrem anpassungsfähigen Eigenschaften zu konzipieren und anzufertigen.

Darauf basierend haben Wissenschafter unter großem Aufwand an der Synthese von Kolloiden gearbeitet, die selbst organisiert hochsymmetrische Strukturen mit den technologisch relevanten Eigenschaften bilden. Als Beispiel gelten spezielle Kristallgitter, die interessante optische Eigenschaften aufweisen – die so genannten Photonischen Kristalle.

Ein Beispiel für einen natürlichen Photonischen Kristall ist der Opal, dessen faszinierendes Farbenspiel auf die Art zurückzuführen ist, wie das Licht mit den kleinen Strukturen der regelmäßig angeordneten, kolloidalen Teilchen interagiert. Das farbenprächtige Schillern des Edelopals ist auf die Präsenz einer Vielzahl kleiner Kristalle, so genannter Kristallite, zurückzuführen, die sich mit unterschiedlicher Orientierung anordnen.

"Zusätzlich ist die Anordnung in den kolloidalen Kristallen oft durch Polymorphologie gestört: Verschiedenste Strukturen sind durch vergleichbare thermodynamische Stabilität charakterisiert, die es erschweren eine bestimmte Form absichtlich zu erzeugen", erklärt Christos Likos von der Fakultät für Physik der Universität Wien.

Das daraus resultierende Fehlen der weitreichenden Anordnungen ist für viele Anwendungen von Nachteil. Entsprechend haben sich die Wissenschafter zur Aufgabe gemacht, Strategien zu entwickeln, die das Wachsen von großen, monokristallinen Exemplaren verbessern. Mittels Computersimulationen ist es nun gelungen eine neue Methode zu entwickeln, die es ermöglicht, technologisch relevante offene Kristalle zu bilden, die nicht polymorph sind.

"Das System kristallisiert spontan in einer Mischung von Kristallen. Die Kolloide fügen sich dabei so zusammen, dass die konkurrierenden Strukturen unterschiedliche Hohlraumverteilungen aufweisen. Wir nutzen das aus, indem wir die Größe von zusätzlich hinzugefügten Polymeren so anpassen, dass diese einzig und allein mit der Leerraumsymmetrie des gewünschten Kristalls interagieren und sich gegen seine Konkurrenten stabilisieren", so Lise-Meitner-Stipendiat Lorenzo Rovigatti, Mitglied der Gruppe um Christos Likos.

Die Ergebnisse des Forschungsteams dienen nicht nur dazu, Alternativen zu bereits existierenden Ansätzen aufzuzeigen, sondern auch um in naher Zukunft die experimentelle Umsetzung von weitreichend geordneten offenen kolloidalen Kristallen zu ermöglichen.

Publikation in "ACS-Nano"
Nathan A. Mahynski, Lorenzo Rovigatti, Christos N. Likos, and Athanassios Z. Panagiotopoulos
DOI 10.1021/acsnano.6b01854

Das Projekt wurde vom Österreichischen Wissenschaftsfonds (FWF) durch das Lise-Meitner Stipendium M 1650-N27 unterstützt.

Wissenschaftlicher Kontakt
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Christos Likos
Fakultät für Physik
Universität Wien
1090 Wien, Boltzmanngasse 5
T +43-1-4277-732 30
M +43-664-60277-732 30
christos.likos@univie.ac.at

Rückfragehinweis
Stephan Brodicky
Pressebüro der Universität Wien
Forschung und Lehre
1010 Wien, Universitätsring 1
T +43-1-4277-175 41
stephan.brodicky@univie.ac.at

Offen für Neues. Seit 1365.
Die Universität Wien ist eine der ältesten und größten Universitäten Europas: An 19 Fakultäten und Zentren arbeiten rund 9.600 MitarbeiterInnen, davon 6.800 WissenschafterInnen. Die Universität Wien ist damit die größte Forschungsinstitution Österreichs sowie die größte Bildungsstätte: An der Universität Wien sind derzeit rund 93.000 nationale und internationale Studierende inskribiert. Mit über 180 Studien verfügt sie über das vielfältigste Studienangebot des Landes. Die Universität Wien ist auch eine bedeutende Einrichtung für Weiterbildung in Österreich. http://www.univie.ac.at

Stephan Brodicky | Universität Wien

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Licht zur Herstellung energiereicher Chemikalien nutzen
22.05.2018 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Junger Embryo verspeist gefährliche Zelle
22.05.2018 | Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin der Universität Würzburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

Passt eine ultrakalte Wolke aus zehntausenden Rubidium-Atomen in ein einzelnes Riesenatom? Forscherinnen und Forschern am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart ist dies erstmals gelungen. Sie zeigten einen ganz neuen Ansatz, die Wechselwirkung von geladenen Kernen mit neutralen Atomen bei weitaus niedrigeren Temperaturen zu untersuchen, als es bisher möglich war. Dies könnte einen wichtigen Schritt darstellen, um in Zukunft quantenmechanische Effekte in der Atom-Ion Wechselwirkung zu studieren. Das renommierte Fachjournal Physical Review Letters und das populärwissenschaftliche Begleitjournal Physics berichteten darüber.*)

In dem Experiment regten die Forscherinnen und Forscher ein Elektron eines einzelnen Atoms in einem Bose-Einstein-Kondensat mit Laserstrahlen in einen riesigen...

Im Focus: Algorithmen für die Leberchirurgie – weltweit sicherer operieren

Die Leber durchlaufen vier komplex verwobene Gefäßsysteme. Die chirurgische Entfernung von Tumoren ist daher oft eine schwierige Aufgabe. Das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS hat Algorithmen entwickelt, die die Bilddaten von Patienten analysieren und chirurgische Risiken berechnen. Leberkrebsoperationen werden damit besser planbar und sicherer.

Jährlich erkranken weltweit 750.000 Menschen neu an Leberkrebs, viele weitere entwickeln Lebermetastasen aufgrund anderer Krebserkrankungen. Ein chirurgischer...

Im Focus: Positronen leuchten besser

Leuchtstoffe werden schon lange benutzt, im Alltag zum Beispiel im Bildschirm von Fernsehgeräten oder in PC-Monitoren, in der Wissenschaft zum Untersuchen von Plasmen, Teilchen- oder Antiteilchenstrahlen. Gleich ob Teilchen oder Antiteilchen – treffen sie auf einen Leuchtstoff auf, regen sie ihn zum Lumineszieren an. Unbekannt war jedoch bisher, dass die Lichtausbeute mit Elektronen wesentlich niedriger ist als mit Positronen, ihren Antiteilchen. Dies hat Dr. Eve Stenson im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching und Greifswald jetzt beim Vorbereiten von Experimenten mit Materie-Antimaterie-Plasmen entdeckt.

„Wäre Antimaterie nicht so schwierig herzustellen, könnte man auf eine Ära hochleuchtender Niederspannungs-Displays hoffen, in der die Leuchtschirme nicht von...

Im Focus: Erklärung für rätselhafte Quantenoszillationen gefunden

Sogenannte Quanten-Vielteilchen-„Scars“ lassen Quantensysteme länger außerhalb des Gleichgewichtszustandes verweilen. Studie wurde in Nature Physics veröffentlicht

Forschern der Harvard Universität und des MIT war es vor kurzem gelungen, eine Rekordzahl von 53 Atomen einzufangen und ihren Quantenzustand einzeln zu...

Im Focus: Explanation for puzzling quantum oscillations has been found

So-called quantum many-body scars allow quantum systems to stay out of equilibrium much longer, explaining experiment | Study published in Nature Physics

Recently, researchers from Harvard and MIT succeeded in trapping a record 53 atoms and individually controlling their quantum state, realizing what is called a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

Visual-Computing an Bord der MS Wissenschaft

17.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

18.05.2018 | Physik Astronomie

Countdown für Kilogramm, Kelvin und Co.

18.05.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics