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 Seltsames Verhalten eines Sterns offenbart Schwarzes Loch, das sich in riesigem Sternhaufen verbirgt
17.01.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien
17.01.2018 | Universität des Saarlandes

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: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2018

17.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

18.01.2018 | Informationstechnologie

Optimierter Einsatz magnetischer Bauteile - Seminar „Magnettechnik Magnetwerkstoffe“

18.01.2018 | Seminare Workshops

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten