Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Perfekte Kristalle als wissenschaftliche Schmuckstücke

04.05.2005


Das Labor zur Proben- und Einkristallherstellung am Institut für Festkörperphysik der Technischen Universität Wien erstrahlt im neuen Glanz. Aber nicht nur das: der besondere Stolz des Institutes ist die neue Anlage zur Züchtung hochwertiger Einkristalle. Damit kann die gezielte Entwicklung neuer Materialen vorangetrieben werden, mit denen sich zur Zeit anstehende Probleme wie z. B. Umweltverträglichkeit, Energieeffizienz lösen lassen. Möglich wurde die 469.000,- Euro teure technische Laboraufrüstung durch die Initiative UNIINVEST 2004, die Universitäre Forschungsinfrastruktur des Bundesministeriums für Wissenschaft, Bildung und Kultur



Bereits bisher konnten am Institut für Festkörperphysik der TU Wien die physikalischen Eigenschaften von Materialien bei extremen Bedingungen, insbesondere bei sehr tiefen Temperaturen und hohen Magnetfeldern auf höchstem wissenschaftlichen Niveau untersucht werden. Was jedoch fehlte, war eine Anlage zur Züchtung hochwertiger Einkristalle - das Kernstück im Bereich einer herausragenden Probenpräparation.



Das mit diesen hochreinen Kristallen erworbene Verständnis bildet die Basis für eine gezielte "intelligente" Entwicklung von Materialien für konkrete Anwendungen, z. B. supraleitende Sensoren, Datenspeicher, Peltierelemente, thermoelektrische und thermomagnetische Komponenten, Aktuatoren. Entscheidenden Wettbewerbsvorteil wird das Institut für Festkörperphysik auch dadurch erzielen, dass es in Zukunft nicht mehr auf die Bereitstellung hochwertiger Einkristalle durch andere Institutionen angewiesen ist.

Neues Material mit intensivem Blick ins Innere

Ausgegangen werden soll von einer Untersuchung der elektronischen Korrelationen in Schwere-Fermionen-Systemen, um eine darauf aufbauende Maßschneiderung der Eigenschaften für thermoelektrische und magnetische Substanzen zu ermöglichen. Dazu ist ein tief greifendes Verständnis des Zusammenhanges zwischen der chemischen Zusammensetzung und Struktur eines Materials einerseits und seinen physikalischen Eigenschaften andererseits erforderlich. Dies setzt jedoch höchste Materialqualität, detaillierte analytische Methoden und entsprechende theoretische Modellierung voraus.

Für FestkörperphysikerInnen ist es heute schon Voraussetzung. Materialeigenschaften auf quantenmechanischem Niveau zu verstehen und zu modellieren. Der Trend bei den im praktischen Einsatz stehenden Werkstoffen geht aber zu immer größerer Komplexität, die zunehmend aufwändigere Methoden für die Herstellung, Untersuchung und theoretische Beschreiben erfordern.

Beispiele aus der Grundlagenforschung für die Praxis

Derzeit werden elektronisch hochkorrelierte Systeme, in denen Quanteneffekte zu außergewöhnlichen Eigenschaften führen, international besonders aktiv erforscht. Einige dieser Eigenschaften werden bereits für die industrielle Anwendung genutzt, wie z.B. in der Medizin die Supraleitung in der Kern-Spin (NR) Tomographie oder bei Superconducting Quantum Interference Devices (SQUIDS) in der Hirnforschung.

In reduzierten Dimensionen führen starke elektronische Korrelationen zu besonders drastischen Effekten. Daher bergen elektronisch hochkorrelierte Materialien besonders in mikro- und nanostrukturierter Form ein gewaltiges Anwendungspotenzial. So kommt z.B. der "kolossale" Magnetwiderstand bereits in der Computerindustrie bei den Datenspeichern zur Anwendung.

Besonders viel versprechend erscheint der Einsatz von Kondoisolatoren in thermoelektrischen Bauelementen, die elektrische Energie in Wärme (Wärmepumpen) oder Wärme in elektrische Energie (Generatoren) umwandeln. Sie sind umweltfreundlich, da sie kühlmittel- und emissionsfrei arbeiten. State-of-the-art-Bauelemente auf der Basis von konventionellen Halbleitern können bei Raumtemperatur und oberhalb davon effizient genug betrieben werden. Für Anwendungen bei tiefen Temperaturen als Generatoren in der Raumfahrt oder zur Kühlung von Infrarot-Detektoren sind noch entsprechende Materialentwicklungen notwendig.

Die zuvor erwähnten Kondoisolatoren bieten hier einen wichtigen Ansatzpunkt. Sie haben meist unterhalb der Raumtemperatur riesige Thermokräfte, die in den thermoelektrischen Wirkungsgrad quadratisch eingehen. Von Nachteil sind die hohen thermischen Leitfähigkeiten, die es bisher verhindern, einen großen Temperaturgradienten im Material aufzubauen. Die Suche nach Kondoisolatoren mit niedriger thermischer Leitfähigkeit stellt daher einen wichtigen Aspekt des Forschungsvorhabens am Institut für Festkörperphysik der TU Wien dar.

Optimistischer Blick in die Zukunft

Die Resultate detaillierter Tieftemperaturexperimente an diesen Systemen stellen derzeit die treibende Kraft für theoretische Arbeiten dar und sind somit für das Aufstellen neuer Konzepte unerlässlich. Es ist zu erwarten, dass der Einfluss der Entwicklung auf diesem Gebiet weit über die Grenzen der Festkörperphysik hinausgehen wird. Unser Ziel ist es, diese Entwicklung mitzugestalten und die neuesten Erkenntnisse unmittelbar in die Herstellung von Materialien mit spezifischen quantenmechanischen Eigenschaften einfließen zu lassen.

Zur Erreichung dieses Zieles sind hochwertige Einkristalle unabdingbar. Für deren Züchtung benötigt man den Spiegel-Ofen, eine Probenvorbereitung unter Schutzgas sowie die Präparation geeignet geformter polykristalliner Ausgangsmaterialien. Durch den Ausbau des Computerclusters am Center of Computational Materials Science (CMS) wird die begleitende theoretische Modellierung ermöglicht.

Mag. Karin Peter | idw
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at

Weitere Berichte zu: Einkristall Festkörperphysik Kondoisolatoren Modellierung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden
19.10.2017 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Gravitationswellen: Sternenglanz für Jenaer Forscher
19.10.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Aufräumen? Nicht ohne Helfer

19.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen

19.10.2017 | Materialwissenschaften

Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden

19.10.2017 | Physik Astronomie