Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kristall-Atome bleiben selbst beim Schmelzen träge

15.04.2005


Physikerteam mit Jenaer Beteiligung publiziert in "Science" Details zum Phasenübergang



Wie und warum schmilzt ein Festkörper? Was ist flüssig? Diese scheinbar simplen Fragen sind gar nicht so einfach zu beantworten und auch heute noch Gegenstand aktueller Forschung. Einer internationalen Wissenschaftlergruppe ist es jetzt gelungen, die Bewegungen der Atome beim Schmelzen direkt und quasi in Echtzeit zu beobachten und so wichtige neue Einblicke in den Ablauf des Fest-Flüssig-Phasenübergangs zu gewinnen. Die Forscher haben exemplarisch das schnelle laserinduzierte Schmelzen eines Halbleiters (hier von Indium-Antimonid) mit Hilfe der zeitaufgelösten Röntgenbeugung untersucht und dazu eine neuartige Röntgenquelle, die Sub-Picosecond Pulse Source (SPPS) am Linearbeschleuniger SLAC (Stanford, USA) verwendet.



Ihre detaillierten Forschungsergebnisse, an denen der Experimentalphysiker Prof. Dr. Klaus Sokolowski-Tinten (42) von der Universität Jena wesentlichen Anteil hat, werden am 15. April in der international renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. ["Atomic-Scale Visualization of Inertial Dynamics", Science, Vol. 308, Heft 5720].

"Der Prozess des Laser-induzierten Fest-Flüssig-Phasenübergangs ist durch die Geschwindigkeit der Atome definiert, die sie unmittelbar vor der Laseranregung hatten", fasst Prof. Sokolowski-Tinten das zentrale Ergebnis zusammen. Der Laserimpuls, das konnten die Forscher beobachten, befreit die Atome schlagartig von ihren Bindungen untereinander und die Atome behalten, ihrer Trägheit folgend, anfangs einfach den Bewegungszustand vor der Anregung bei. Diese Bewegung ist vollkommen ungeordnet und durch die statistische Natur der Temperaturbewegung der Atome bestimmt. "Das eine Atom weiß zunächst nicht, was das andere Atom macht und das Material befindet sich unmittelbar nach der Anregung in einem merkwürdigen Zwischenzustand: Einerseits sind die Atome noch regelmäßig angeordnet wie in einem kristallinen Festkörper, anderseits verhalten sie sich schon wie die Atome in einer Flüssigkeit", verdeutlicht der Experimentalphysiker von der Universität Jena.

Ganz wesentlich für den Erfolg des Experimentes waren die kurzen Röntgenimpulse der SPPS, der ersten Beschleuniger-basierten Röntgenquelle, mit der es möglich ist, Röntgenimpulse von weniger als 100 Femtosekunden (1 fs = 10 hoch minus 15 s) zu erzeugen. "Das ist mindestens dreimal kürzer als das, was bisher im Röntgenbereich möglich war. Weil aber das Laser-induzierte Schmelzen so schnell ist, hätte das gleiche Experiment mit längeren Impulsen überhaupt nicht funktioniert", betont Prof. Sokolowski-Tinten, dessen Spezialgebiet am Institut für Optik und Quantenelektronik der Universität Jena die Ultrakurzzeit-Röntgenphysik ist. "Mit unseren Ergebnissen haben wir aber nicht nur etwas Neues über das schnelle Schmelzen gelernt, sondern auch gezeigt, dass man mit solchen Beschleuniger-Röntgenquellen wirklich im Ultrakurzzeitbereich experimentieren kann", so Sokolowski-Tinten weiter. Deshalb hat das Experiment an der SPPS einen ganz wesentlichen Pilotcharakter für die Milliarden-schweren Freie-Elektronenlaser-Projekte LCLS (ebenfalls bei SLAC in Stanford) und EURO-XFEL beim DESY in Hamburg. "SPPS gibt uns schon heute eine kleine Vorschau dessen, was in wenigen Jahren möglich sein wird", meint Prof. Sokolowski-Tinten. Denn mit diesen "Lichtquellen der 4. Generation" wollen Forscher in Zukunft chemische Reaktionen filmen, die atomare Struktur von (Bio)Molekülen entschlüsseln und dreidimensionale Aufnahmen aus der Nanowelt machen.

Kontakt:
Prof. Dr. Klaus Sokolowski-Tinten
Institut für Optik und Quantenelektronik der Universität Jena
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947250
E-Mail: sokolowski@ioq.uni-jena.de

Axel Burchardt | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de

Weitere Berichte zu: Quantenelektronik SPPS Sokolowski-Tinten

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