Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gold: Immer für eine Überraschung gut

13.01.2016

Gold ist als chemisches Element seit mehr als 2500 Jahren bekannt und hoch geschätzt, seine Popularität beruht auf seiner schönen Farbe und chemischen Trägheit. Es ist seit langem gut verstanden, dass seine goldene Farbe, technisch gesprochen, einen relativistischen Ursprung hat. Die Oberfläche von Gold ist einzigartig, denn sie beherbergt elektronische Zustände, die als ein Prototyp von Oberflächenzuständen verstanden wurden und nach dem amerikanischen Physiker und Nobelpreisträger William Shockley “Shockley-Oberflächenzustände” genannt werden. Doch bis heute wurde übersehen, dass die Gold-Oberflächenzustände etwas ganz Besonderes sind, wenn man die Relativitätstheorie berücksichtigt:

Diese Shockley-Oberflächenzustände können als topologisch abgeleitete Oberflächenzustände gedeutet werden, vergleichbar mit dem robusten Oberflächenzustand eines topologischen Isolators, eines kürzlich entdeckten neuen Quantenzustands.


Gold weist topologische Oberflächenzustände auf

B. Yan/MPI CPfS

Dieser neue Quantenzustand hat in der Festkörperforschung in den Bereichen Physik, Materialwissenschaften und Chemie große und fachübergreifende Aufregung verursacht, auch wenn bisher keine Anwendung topologischer Materialien realisiert wurde. Gold und Platin, Metalle mit topologischen Shockley-Oberflächenzuständen, werden als Standards in der Oberflächenphysik und -chemie eingesetzt und sind auch als Materialien für die Katalyse etabliert.

Gold-Oberflächenzustände werden gemeinhin als Benchmark für die Leistungsfähigkeit von Photoemissions-spektroskopie und Rastertunnelspektroskopie verwendet.

Für eine aktuelle Forschungsstudie über Gold-Oberflächenzustände arbeiteten Festkörperchemiker am Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden mit Oberflächenphysikern der Universität Kaiserslautern (Fakultät für Physik und Landesforschungszentrum OPTIMAS) zusammen.

Um eine neue theoretische Vorhersage von Binghai Yan (der auch an der ShanghaiTech-Universität forscht) und des Dresdner Teams zu beweisen, haben die Forscher aus Kaiserslautern eine einzigartige Photoemissionstechnik verwendet.

Die sogenannte impulsaufgelöste Zwei-Photonen-Photoemission erlaubt es, die elektronische Struktur im Impulsraum sowohl unterhalb als auch oberhalb der Fermienergie zu messen.

Durch die Kombination eines optischen, parametrischen Oszillator-Lasersystems mit einem modernen Impulsmikroskop war es möglich, die Dispersion der Oberflächenzustände zu vermessen und ihre topologische Natur experimentell zu bestätigen.

Die Entdeckung eröffnet nicht nur einen Weg zu neuen Quanten-Materialien, sie wird sicher auch eine Diskussion über die Rolle topologischer Oberflächenzustände für oberflächenbezogenen Prozesse wie Adsorption und Katalyse auslösen. Binghai Yan ist „fest davon überzeugt, dass robuste Oberflächenzustände in topologischen Materialien die Katalyse positiv beeinflussen sollten. Wir werden dieses Konzept anwenden, um nach neuen und nachhaltigen Materialien jenseits von Edelmetallen zu suchen!"

Die Arbeit wurde online veröffentlicht in Nature Communications am 14.12.2015:
Topological States on the Gold Surface,
Binghai Yan, Benjamin Stadtmüller, Norman Haag, Sebastian Jakobs, Johannes Seidel, Dominik Jungkenn, Stefan Mathias, Mirko Cinchetti, Martin Aeschlimann and Claudia Felser, Nature Communication 6 (2015) 10167 | DOI: 10.1038/ncomms10167 and preprint arXiv:1504.01971

http://www.nature.com/ncomms/2015/151214/ncomms10167/full/ncomms10167.html

Weitere Informationen:

http://www.cpfs.mpg.de Prof. Dr. C. Felser, Dr. B. Yan
https://optimas.uni-kl.de Prof. Dr. M. Aeschlimann, Dr. I. Sattler

Ingrid Rothe | Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Neue „Arbeitskluft“ für Polizei und Feuerwehr soll Einsätze und Umwelt schützen
23.01.2018 | Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)

nachricht Komplexe Parkettmuster, außergewöhnliche Materialien
23.01.2018 | Technische Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Optisches Nanoskop ermöglicht Abbildung von Quantenpunkten

Physiker haben eine lichtmikroskopische Technik entwickelt, mit der sich Atome auf der Nanoskala abbilden lassen. Das neue Verfahren ermöglicht insbesondere, Quantenpunkte in einem Halbleiter-Chip bildlich darzustellen. Dies berichten die Wissenschaftler des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel zusammen mit Kollegen der Universität Bochum in «Nature Photonics».

Mikroskope machen Strukturen sichtbar, die dem menschlichen Auge sonst verborgen blieben. Einzelne Moleküle und Atome, die nur Bruchteile eines Nanometers...

Im Focus: Optical Nanoscope Allows Imaging of Quantum Dots

Physicists have developed a technique based on optical microscopy that can be used to create images of atoms on the nanoscale. In particular, the new method allows the imaging of quantum dots in a semiconductor chip. Together with colleagues from the University of Bochum, scientists from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute reported the findings in the journal Nature Photonics.

Microscopes allow us to see structures that are otherwise invisible to the human eye. However, conventional optical microscopes cannot be used to image...

Im Focus: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

23.01.2018 | Veranstaltungen

Gemeinsam innovativ werden

23.01.2018 | Veranstaltungen

Leichtbau zu Ende gedacht – Herausforderung Recycling

23.01.2018 | Veranstaltungen

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

Lebensrettende Mikrobläschen

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

3D-Druck von Metallen: Neue Legierung ermöglicht Druck von sicheren Stahl-Produkten

23.01.2018 | Maschinenbau

CHP1-Mutation verursacht zerebelläre Ataxie

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

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