Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Atome zur Ordnung gerufen werden

14.04.2003


Chemnitzer Physiker entschlüsseln Geheimnis, warum unter scheinbar chaotischen Umständen geordnete Strukturen entstehen können - Elektronen als Ordnungsmacht


Der Chemnitzer Physik-Professor Peter Häussler (r.) und Doktorand Jose Barzola-Quiquia aus Peru kontrollieren eine Anlage zur Untersuchung elektronischer Eigenschaften amorpher Materialien bei tiefen Temperaturen. (Foto: TU Chemnitz/Uwe Meinhold).



Wer denkt, im Chaos herrsche ein heilloses Durcheinander, der irrt. Physikern der Technischen Universität Chemnitz ist es gelungen, in flüssigen und amorphen Systemen, die zunächst ungeordnet erscheinen, einen fundamentalen Ordnungsmechanismus nachzuweisen. Sie haben herausgefunden, dass sich Atome, die sich auf dem Wege der Kristallbildung befinden, stets auf ähnliche Weise zu einer ganz speziellen Ordnung organisieren und den wesentlichen Impuls dafür von der Gesamtheit aller Elektronen erhalten. Als Ergebnis entstehen dabei Metalle, Salze oder auch Halbleiter.

... mehr zu:
»Atom »Elektron »Physik »Schicht


Bislang gab die Art und Weise, wie sich Atome aus dem Chaos heraus zu größeren Strukturen zusammenfinden, der Wissenschaft noch immer Rätsel auf. Selbst mit den leistungsstärksten Rechnern ist es nicht möglich, die Bildung von Kristallen quantenmechanisch zu berechnen. Durch derartige Simulationen können nur wenige zehn bis hundert Atome korrekt berücksichtigt werden - zu wenige, um ein kollektives Vorgehen der Atome und Elektronen bei der Strukturbildung nachzuweisen. An der Professur Physik Dünner Schichten der TU Chemnitz ist man nun einem solchen kollektiven Prozess auf die Schliche gekommen. Durch eine Kombination verschiedener experimenteller Methoden konnte gezeigt werden, dass sich Atome in ungeordneten Systemen als Folge eines Resonanzeffektes von selbst in einer sphärisch-periodischen Ordnung aneinanderfügen. Gesteuert wird dieser Prozess nicht durch die in der Atomhülle befindlichen Elektronen, sondern durch die Gesamtheit aller Elektronen. "Man könnte sagen, dass die Atome durch die Macht aller Elektronen regelrecht zur Ordnung gerufen werden. Und beide sind glücklich, sowohl die Elektronen als auch die Atome, weil sie damit eine energetisch günstige Gesamtsituation einstellen können", sagt Prof. Dr. Peter Häussler, der die Chemnitzer Professur Physik Dünner Schichten leitet. "Die in gleicher Wellenlänge schwingenden Elektronen geraten mit der sich bildenden atomaren Struktur in kollektive Resonanz, bis die günstige sphärisch-periodische Anordnung erreicht ist", so der TU-Physiker.

Mit diesem Wissen ist bereits heute möglich, aus dem Periodensystem der Elemente heraus wichtige Eigenschaften der Struktur und des elektronischen Verhaltens von Metallen, Halbleitern oder Isolatoren vorherzusagen. Prof. Häussler: "Man muss nur wissen, wie viele Elektronen vorhanden sind. Die Elektronendichte bestimmt, wie der Resonanz-Prozess abläuft. Je besser die Resonanz, desto stabiler wird die atomare Struktur und desto schlechter leitend ist das Material." Dadurch ist es im Prinzip möglich, die Struktur von Materialien vorherzusagen, ohne große Computer nutzen zu müssen. "Das Resonanzmodell wird es in Zukunft erlauben, Materialien nach Maß zu schneidern und gewünschte Anwendungen gezielt zu beeinflussen", prognostiziert Prof. Peter Häussler. Zudem sei zu erwarten, dass diese fundamental neue Erkenntnis sich auch in anderen Forschungsgebieten auswirke. So konnte bereits mit Hilfe des Chemnitzer Modells erklärt werden, wie beim Aufdampfen von Eisen-Schichten auf Silizium-Wafer solche Resonanz-Prozesse selbst in der Nähe des absoluten Temperatur-Nullpunktes bei minus 269 Grad Celcius ablaufen und zu Grenzschicht-Reaktionen führen.

Teile der Untersuchungen wurden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft finanziell unterstützt. Mit mehreren TU-Professuren, die im Institut für Physik an "ungeordneten Systemen" arbeiten, zählt Chemnitz auf diesem Gebiet zu den wichtigsten Forschungszentren in Deutschland.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Peter Häussler
Professur für Physik Dünner Schichten der TU Chemnitz
Telefon: 0371 - 53131-40
E-Mail: haeussler@physik.tu-chemnitz.de


Alexander Friebel | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-chemnitz.de/physik/phds

Weitere Berichte zu: Atom Elektron Physik Schicht

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

nachricht Innovative High Power LED Light Engine für den UV Bereich
22.06.2017 | Omicron - Laserage Laserprodukte GmbH

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: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Im Focus: Forscher entschlüsseln erstmals intaktes Virus atomgenau mit Röntgenlaser

Bahnbrechende Untersuchungsmethode beschleunigt Proteinanalyse um ein Vielfaches

Ein internationales Forscherteam hat erstmals mit einem Röntgenlaser die atomgenaue Struktur eines intakten Viruspartikels entschlüsselt. Die verwendete...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

Forschung zu Stressbewältigung wird diskutiert

21.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt

22.06.2017 | Physik Astronomie

Evolutionsbiologie: Wie die Zellen zu ihren Kraftwerken kamen

22.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Spinflüssigkeiten – zurück zu den Anfängen

22.06.2017 | Physik Astronomie