Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kristalle für Mobiltelefone von morgen

14.11.2013
Bei der drahtlosen Kommunikation müssen immer größere Mengen von Daten immer schneller übertragen werden. Grundlage dafür sind Kristalle von hoher Perfektion und ganz speziellen Eigenschaften.

Ein internationales Forscherteam hat nun ein Materialsystem für höchste Ansprüche entwickelt und seine Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht. Das Leibniz-Instituts für Kristallzüchtung (IKZ) hat die dafür benötigten Seltenerdscandat-Kristalle beigetragen – weil es weltweit als einziges Institut in der Lage ist, diese herzustellen.


Die besondere Struktur des Materials wie eine Backsteinmauer führt zu sehr großer Perfektion, da die „Mörtelschicht“ die Defekte „aufsaugt“. | Bild: Cornell Universitiy/Schlom

Noch vor zehn Jahren war es nicht selbstverständlich, dass jeder ein Handy besitzt. Mobil erreichbar waren vor allem besonders fortschrittliche Menschen oder Geschäftsleute. Heute sind selbst Schulkinder mit Handys ausgestattet, und auch für ältere Menschen sind sie oft unverzichtbar – der Trend geht längst zum Zweithandy. Für diese geballte mobile Kommunikation braucht nicht nur jeder ein Mobiltelefon, sondern die Funknetze müssen auch mit der Übertragung Schritt halten.

Ähnlich wie Radioempfänger nutzen auch Mobilfunkgeräte verschiedene Frequenzen. Abgestimmt werde diese durch Anlegen einer bestimmten Spannung an einem Kondensator. Damit es nicht zu einer Überlastung des Funknetzes kommt, wollen Netzbetreiber die Steuerung so verbessern, dass möglichst viele Signale gleichzeitig übertragen werden können.

Ein internationales Forscherteam hat nun das weltweit beste Material für abstimmbare Kondensatoren entwickelt. Kernstück ist dabei ein spezielles Dielektrikum, dessen Fähigkeit zur Speicherung von Ladung sich mit dem Anlegen einer Spannung beeinflussen lässt. Damit sinkt auch der Energieverlust, der die Akkulaufzeit von Handys derzeit noch enorm verkürzt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Das neue Material kann die Leistung von Kondensatoren, die sich in jedem Mobiltelefon befinden, bedeutend verbessern und damit neue Möglichkeiten der drahtlosen Kommunikation bei höheren Frequenzen eröffnen.

Grundlage für das neue Dielektrikum sind hauchdünne Strontiumtitanatschichten. Sie wurden beim Projektpartner Darrell G. Schlom von der Cornell University (USA) mittels Molekularstrahlepitaxie Atomschicht für Atomschicht quasi aufgesprüht. Dieses modifizierte Epitaxieverfahren führte zu einer –in der Natur unbekannten- Schichtstruktur des Strontiumtitanates. Als Substrat (kristalline Unterlage mit möglichst ähnlicher Struktur) für diese Schichten dienten Seltenerdscandat-Kristalle, die im IKZ gezüchtet werden. Warum das internationale Konsortium ausgerechnet das IKZ für die Kristallzüchtung mit ins Boot geholt hat?

„Weil wir das einzige Institut auf der Welt sind, das die Seltenerdscandat-Kristalle züchten kann!“, betont Dr. Reinhard Uecker, Leiter der Gruppe Oxidkristalle am IKZ. Entgegen ihrem Namen sind die Elemente der Seltenen Erden nicht selten, sie wurden jedoch zur Zeit ihrer Entdeckung zunächst in seltenen Mineralien gefunden. Als „Erden“ wurden früher Oxide bezeichnet.

Im Gegensatz zu den gegenwärtig kommerziell verfügbaren abstimmbaren Dielektrika zeigen die hier erzeugten neuen Strontiumtitanatschichten eine viel geringere Dichte an Defekten, die bisher zu Energie- und Performanceverlusten führten. Seine hohe Perfektion hat das Material der speziellen Struktur der Schichten zu verdanken: Die Aufnahme des Rasterelektronenmikroskops zeigt, dass die Atomschichten nicht gleichmäßig ausgebildet sind, sondern wie eine Backsteinmauer aussehen: Ziegelsteine mit Schichten von Mörtel dazwischen.

Normalerweise hat Strontiumtitanat viele Gitterdefekte. Bei der Anordnung wie in einer Backsteinmauer jedoch saugt die dünne „Mörtelschicht“ die Defekte auf, die „Ziegelsteine“ erreichen dafür eine umso höhere Perfektion. Darrell Schlom erläutert: „Mit diesem Material erreichen die Kondensatoren eine mindestens fünffache Leistung im Vergleich zu den derzeit verwendeten.“

Sie finden die Pressemitteilung mit Bild unter
http://www.fv-berlin.de/news/kristalle-fuer-mobiltelefone-von-morgen.
Kontakt
Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ)
Dr. Reinhard Uecker
Tel.: (030) 6392-3321
reinhard.uecker@ikz-berlin.de

Gesine Wiemer | Forschungsverbund Berlin
Weitere Informationen:
http://www.fv-berlin.de
http://www.ikz-berlin.de
http://www.fv-berlin.de/news/kristalle-fuer-mobiltelefone-von-morgen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Ein Wimpernschlag vom Isolator zum Metall
17.04.2018 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Neues Material macht Kältemaschinen energieeffizienter
10.04.2018 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

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

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

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