Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Atome: Schmutz lässt schöne Körper wachsen

16.11.2009
Verunreinigungen regen das Edelgas Argon zur Bildung symmetrischer Cluster an

Kleine Atomhaufen, sogenannte Cluster, eröffnen den Blick in eine besondere Welt. In diesem bisher relativ wenig erforschten Übergangsbereich zwischen einzelnen Atomen und makroskopischen Festkörpern herrschen eigene physikalische Gesetze.

Verunreinigungen führen in diesem Mikrokosmos der anderen Art dazu, dass das Edelgas Argon besonders regelmäßige Cluster bildet. Dieser Entdeckung von Innsbrucker Physikern um Prof. Paul Scheier widmet die Zeitschrift Physical Chemistry Chemical Physics die Titelseite ihrer aktuellen Ausgabe.

Das industriell heute weltweit breit verwendete Edelgas wurde erst vor hundert Jahren entdeckt. In der Clusterforschung, einem aufstrebenden Zweig der modernen Physik, werden grundlegende Eigenschaften von Argon in Clustern als Bindeglied zwischen der Gas- und der kondensierten Phase, also zwischen den Materiezuständen fest und flüssig, enträtselt. Den Namen – griechisch für das „träge Element“ – verdankt Argon seiner chemischen Reaktionsträgheit. Es ist das häufigste Edelgas in der Erdatmosphäre und geht nur ungern Verbindungen mit anderen Elementen ein. „Kleine Haufen von Argon-Atomen, sogenannte Cluster, wurden in der Vergangenheit schon untersucht. Die Physik solcher Edelgascluster – Ensembles aus wenigen bis zu einigen tausend Atomen – stellt aber nach wie vor ein Rätsel dar. Wenn wir grundlegende Eigenschaften von Argon besser verstehen, profitiert davon auch die Industrie“, sagt der Physiker Paul Scheier. „Für uns von besonderem Interesse ist dabei, wie sich die Atome zu diesen Clustern zusammenschließen.“

Um dies zu untersuchen, haben Scheier und sein Team vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck Argon-Atome in ultrakalte Heliumtröpfchen eingepackt, mittels Elektronenstoß ionisiert und in einem Massenspektrometer untersucht. Die in dieser Form weltweit einzigartige Versuchsanordnung erlaubt es den Wissenschaftlern, die entstehenden Cluster sehr exakt zu analysieren. „Es zeigte sich dabei, dass das Einfrieren der Argon-Atome in den Heliumtröpfchen die Art und Weise, wie sich die Atome zu Clustern verbinden, gegenüber nicht eingepackten Argon-Clustern kaum verändert“, sagt Scheier. „Das Argon koppelt offensichtlich nicht effektiv genug an das Helium.“

Verunreinigung lässt regelmäßige Strukturen entstehen

Eine Überraschung offenbarte sich den Physikern erst, als sie ihre Daten noch einmal minutiös analysierten. Im Laufe der Messungen vorkommende Verunreinigungen durch Sauerstoff, Stickstoff oder Wasser veränderten die Ergebnisse dramatisch. Plötzlich häuften sich besondere Cluster aus jeweils 54 oder 55 Argon-Atomen, die sich um einzelne Wasser-, Sauerstoff- oder Stickstoffmoleküle gruppierten. „Wir sprechen in solchen Fällen in der Clusterphysik von magischen Zahlen“, erklärt Paul Scheier. „Die Atome bilden dabei einen sogenannten Ikosaeder, eine sehr regelmäßige Struktur, die einem etwas eckigen Fußball gleicht.“

Von solch geometrisch regelmäßigen Körpern waren bereits die alten Griechen fasziniert, weshalb eine Gruppe besonders symmetrischer Figuren heute den Namen „Platonische Körper“ trägt. Der Komplizierteste von ihnen ist der Ikosaeder, dessen Außenfläche aus 20 gleichseitigen Dreiecken besteht. In der Clusterphysik ist diese besondere Form oft anzutreffen, weil es die Struktur mit der geringsten inneren Energie ist. „Wenn es die Rahmenbedingungen zulassen, suchen die Atome genau diese Form“, sagt Scheier. „Die magischen Zahlen geben die Anzahl der Atome an, die notwendig sind, um einen solchen platonischen Körper zu bilden.“

Unter der Leitung von Prof. Tilmann Märk wurde am Innsbrucker Institut bisher bereits eine Reihe wichtiger Erkenntnisse auf dem Gebiet der Edelgascluster erzielt. Dem neuesten Ergebnis der Ionenphysiker widmet die renommierte Zeitschrift Physical Chemistry Chemical Physics nun die Titelseite ihrer aktuellen Ausgabe. Unterstützt wurden die Forscher vom Österreichischen Wissenschaftsfonds (FWF), der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der Europäischen Kommission.

Das Edelgas Argon wird aufgrund seiner hohen Verfügbarkeit in der Industrie breit angewendet: von Feuerlöschanlagen über Schweißverfahren bis zur Verpackung von Lebensmitteln. Edelgascluster werden unter anderem bereits in der Nanotechnologie zum Glätten von Oberflächen industriell eingesetzt. Die Erkenntnisse der Innsbrucker Physiker können dabei helfen, diese Verfahren zu verbessern und neue Anwendungen zu erschließen.

Publikation: Argon clusters embedded in helium nanodroplets. Filipe Ferreira da Silva, Peter Bartl, Stephan Denifl, Olof Echt, Tilmann D. Märk and Paul Scheier, Phys. Chem. Chem. Phys. 2009

http://dx.doi.org/10.1039/b913175b

Kontakt:

Univ.-Prof. Dr. Paul Scheier
Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik
Technikerstrasse 25, A-6020 Innsbruck
Telefon: +43 (0) 512/507 6243
Mail: paul.scheier@uibk.ac.at
Mag.a Gabriele Rampl
Public Relations Ionenphysik
Telefon: +43(0)650/2763351
Mail: office@scinews.at
Web: http://www.scinews.at

Gabriele Rampl | scinews.at
Weitere Informationen:
http://www.uibk.ac.at/ionen-angewandte-physik
http://www.uibk.ac.at/ionen-angewandte-physik/media/photos.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Ultra-sensitiv dank quantenmechanischer Verschränkung
28.06.2017 | Universität Stuttgart

nachricht Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit
26.06.2017 | Universität Bremen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wellen schlagen

Computerwissenschaftler verwenden die Theorie von Wellenpaketen, um realistische und detaillierte Simulationen von Wasserwellen in Echtzeit zu erstellen. Ihre Ergebnisse werden auf der diesjährigen SIGGRAPH Konferenz vorgestellt.

Denkt man an einen See, einen Fluss oder an das Meer, so sieht man vor sich, wie sich das Wasser kräuselt, wie Wellen gegen die Felsen schlagen, wie Bugwellen...

Im Focus: Making Waves

Computer scientists use wave packet theory to develop realistic, detailed water wave simulations in real time. Their results will be presented at this year’s SIGGRAPH conference.

Think about the last time you were at a lake, river, or the ocean. Remember the ripples of the water, the waves crashing against the rocks, the wake following...

Im Focus: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Maßgeschneiderte Nanopartikel gegen Krebs gesucht

29.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wolken über der Wetterküche: Die Azoren im Fokus eines internationalen Forschungsteams

29.06.2017 | Geowissenschaften

Wellen schlagen

29.06.2017 | Informationstechnologie