Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Physikerin der Uni Jena verfolgte erstmals Bildung von Kristallen aus einzelnen Atomen

18.12.2002


Eine echte Perle entsteht, wenn sich um eine Verunreinigung Perlmuttschichten bilden. Ein Sandkorn, das sich zwischen Muschelschale und Mantel festsetzt, dient so als Keim für das Schmuckstück. Nach diesem Prinzip entstehen auch ultrakleine Kristalle in festen Stoffen. Sie sind eine Million Mal kleiner als eine Perle. Einer Physikerin am Institut für Festkörperphysik der Friedrich-Schiller-Universität Jena gelang es erstmals, die schrittweise Bildung dieser Nanokristalle aus einzelnen Atomen in nanometerdünnen Schichten von Siliziumcarbid zu beobachten (Nanometer = der Milliardste Teil eines Meters).



Die Forschungsergebnisse von Dr. Ute Kaiser, ihren amerikanischen, russischen und japanischen Kollegen, sind jüngst in der renommierten Zeitschrift "Nature Materials" erschienen. Mit ihren Beobachtungen haben sie einen langwährenden theoretischen Disput über die Entstehungsweise von Nanokristallen entschärft.

... mehr zu:
»Nanokristall »Siliziumcarbid


Kaisers Aufnahmen mit dem Transmissionselektronenmikroskop zeigen, dass die "Keim"-Atome der Kristalle zu haarfeinen Unregelmäßigkeiten in der Siliziumcarbidschicht (quasi den Sandkörnern in der Muschel) wandern und es nicht spontan irgendwo zur Kristallbildung kommt, wie ein Teil der Theoretiker vermutete. Dieses in ihre Habilitation eingeflossene Ergebnis ist auf den ersten Blick reine Grundlagenforschung. "Wir konnten als Erste einen Kristallbildungsprozess auf atomarer Ebene in Bildern festhalten", erklärt Dr. Kaiser. Bisher wurden nur die Endprodukte, sprich die Kristalle, beobachtet. Ihre Entstehungsgeschichte war jedoch unbekannt.

Auf den zweiten Blick ist die Lösung des "winzigen" Kristallbildungs-Problems für zukünftige Entwicklungen äußerst relevant. Einerseits wird das verwendete Siliziumcarbid von Nanotechnologen als Nachfolger des heute bei der Chipherstellung verwendeten Siliziums gehandelt. Obwohl als Rohstoff teurer, ist es wesentlich widerstandsfähiger. "Bei sehr hohen Temperaturen zum Beispiel büßt es seine interessanten elektronischen und optischen Eigenschaften nicht ein", erklärt die Physikerin. Die Nanokristalle wiederum könnten sich als Bausteine zukünftiger Nano-Schaltkreise entpuppen. Regt man die in Siliziumcarbid eingebetteten ultrakleinen Fremdlinge mit Licht oder elektrisch an, senden sie Licht bestimmter Wellenlänge aus. "Ein Ziel wäre, die Kristalle kontrolliert, zu bestimmten Größen wachsen zu lassen", erklärt Kaiser. Dann erhalte man Licht ganz bestimmter Wellenlängen.

Ausgangspunkt ist Siliziumcarbid, in das fremde geladene Teilchen, Erbium- und Germanium-Ionen, eingebracht werden. Für eine erfolgreiche Dotierung mit den Ionen-Fremdlingen, müssen diese sehr hoch beschleunigt werden. Mit Hilfe der Transmissionselektronenmikroskopie wird die dünne Siliziumcarbidschicht (50-100 Nanometer) mit Elektronen, die nahezu Lichtgeschwindigkeit haben, durchschossen. Treffen diese Elektronen beim "Durchschuss" auf verschiedene Atome, dann werden sie verschieden abgelenkt. Die abgelenkten Elektronen rufen einen unterschiedlichen Kontrast im Bild hervor. So konnte die Jenaer Physikerin die spektakulären Aufnahmen einzelner Fremdatome aber auch von Ansammlungen mehrerer Atome, so genannter Cluster, machen. Darüber hinaus traf Kaiser Aussagen über unterschiedliche Anordnungen, die verschiedene Fremdatome bevorzugt einnehmen. Damit erklärte sie die unterschiedlichen Kristallstrukturen der "Winzlinge", die so klein sind, dass ca. 1016 von ihnen in einen Stecknadelknopf passen würden.


Kontakt:

Dr. Ute Kaiser
Institut für Festkörperphysik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947445
Fax: 03641 / 947440
E-Mail: kaiser@pinet.uni-jena.de

Stefanie Hahn
Referat Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: 03641/931041
Fax: 03641/931032
E-Mail: stefanie.hahn@zuv.uni-jena.de

Monika Paschwitz | idw
Weitere Informationen:
http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nmat/journal/v1/n2/abs/nmat729.html

Weitere Berichte zu: Nanokristall Siliziumcarbid

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Waschen für die Mikrowelt – Potsdamer Physiker entwickeln lichtempfindliche Seife
02.12.2016 | Universität Potsdam

nachricht Quantenreibung: Jenseits der Näherung des lokalen Gleichgewichts
01.12.2016 | Forschungsverbund Berlin e.V.

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: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie