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 Quantenanomalien: Das Universum in einem Kristall
21.07.2017 | Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe

nachricht Projekt »ADIR«: Laser bergen wertvolle Werkstoffe
21.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten