Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schnappschüsse an der atomaren Grenze

29.11.2005


Ein flüssiger Aluminium-Tropfen an der Grenzfläche zu kristallinem Aluminiumoxid. Elektronenmikroskopisch untersucht wurden die in Bild 1B dargestellte Verhältnisse an der Grenzfläche. Bild: Max-Planck-Institut für Metallforschung


Stuttgarter Max-Planck-Forscher beobachten erstmals Wechselwirkungen der Atome an der Grenzfläche zwischen einem flüssigem Metall und einem Kristall
Die Halbleitertechnologie hat längst den Nanometerbereich erreicht - Leiterbahnen auf modernen Computer-Chips sind heute nur noch einige Dutzend Nanometer breit (ein Nanometer = ein Millionstel Millimeter). Um deren Herstellungsverfahren auf atomarer Ebene optimieren zu können, ist ein umfassendes und grundlegendes Verständnis jener Prozesse und Phänomene erforderlich, die sich an der Grenzfläche zwischen flüssigen und festen Materialien abspielen. Wissenschaftlern des Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart und des Israel Institute of Technology in Haifa ist es jetzt erstmals gelungen, atomare Prozesse direkt an der Grenzfläche zwischen flüssigem Aluminium und festem Aluminiumoxid (Saphir) zu beobachten. Mittels Hochspannungs-Elektronenmikroskopie konnten sie nachweisen, dass Kristalle in der Lage sind, die Atome in benachbarten flüssigen Metallen zu ordnen, selbst bei hohen Temperaturen. Diese Erkenntnisse sind wichtig, wenn beispielsweise Oberflächen mit Flüssigkeiten benetzt werden sollen - wie beim "Löten" Nanometer-kleiner Kontaktstellen.

... mehr zu:
»ALUMINIUM »Aluminiumoxid »Atom »Nanometer


Unter einem Saphir stellt sich der Laie einen blau schimmernden Halbedelstein vor, der zum Beispiel als Tonabnehmernadel im Plattenspieler benutzt wird. Für Wissenschaftler ist Saphir eine bestimmte Form von Aluminiumoxid (α-Al203, auch: Korund). Dieses sehr stabile Aluminiumoxid wird in vielen technologischen Bereichen eingesetzt, in der Halbleitertechnologie beispielsweise isoliert es elektronische Bauteile. In dieser Branche - aber auch bei vielen anderen technologischen Prozessen (z.B. Erstarrung, Kristallwachstum, Schmierung) müssen die Herstellungsverfahren in immer kleineren Dimensionen durchgeführt und optimiert werden. Deshalb ist es wichtig zu wissen, welche Verbindungen und Reaktionen an Grenzflächen zwischen festen und flüssigen Stoffen auf atomarer Ebene stattfinden.

Das Interesse an einer grundlegenden Erforschung der Struktur und Phänomene an Fest-Flüssig-Grenzflächen hat zugenommen, nachdem bisherige Studien mit Röntgenbeugung und atomistische Computersimulationen gezeigt haben, dass es sehr dicht an der Grenzfläche zu Dichteschwankungen in der flüssigen Phase kommt. Um diese Prozesse mit hoch auflösender Transmissions-Elektronenmikroskopie näher untersuchen zu können, wählten die Wissenschaftler als Versuchssystem flüssiges Aluminium sowie die feste Keramik α-Al203 in einkristalliner Form (= Saphir). Sie brachten dieses Materialsystem an einem Hochspannungs-Elektronenmikroskop mit einer Auflösung von 0,12 Nanometern auf Temperaturen von 850 Grad Celsius, was oberhalb des Schmelzpunktes von Aluminium (660 Grad Celsius) liegt.

Das Stuttgarter Transmissions-Elektronenmikroskop JEM-ARM 1250, JEOL, gehört zu den am höchsten auflösenden Geräten seiner Art weltweit. Mit diesem Mikroskop haben die Max-Planck-Wissenschaftler nun zum ersten Mal im Bild festgehalten, dass die Dichte der Atome in flüssigem Aluminium direkt an der Grenzfläche nicht einheitlich ist. Es stellen sich Dichtefluktuationen ein. Als Folge kleiner Änderungen der Experimentierbedingungen ließen sich außerdem das Wachstum des Saphirs aus flüssigem Aluminium sowie das Eindringen von Sauerstoff-Atomen entlang der Grenzfläche beobachten.

Das Ergebnis des Reaktionsgeschehens ("in situ"-Beobachtung) bannten die Forscher auf Videofilm mit 25 Bildern pro Sekunde. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, stichhaltige Ergebnisse unbeeinträchtigt durch mögliche Artefakt-Effekte zu erzielen. Die Aufnahmen zeigen, wie sich die Atome des flüssigen Aluminiums an der kristallinen Grenzfläche anordnen. Erkennbar geworden ist, dass sich die Grenzfläche dynamisch entwickelt und der Kristall lagenweise wächst. Die Forscher folgern daraus, dass Kristalle die Anordnung von Atomen in Flüssigkeiten induzieren können - sogar in Metall-Keramik-Systemen unter hohen Temperaturen.

Die mit dem oben beschriebenen Materialsystem gewonnenen Erkenntnisse können nützlich sein für "Lötprozesse im Nanometerbereich", welche künftig für die Produktion von Speicherchips von Bedeutung sein können.

Dieses Projekt wurde gefördert durch die Max-Planck-Gesellschaft, den German-Israel Fund, die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Graduiertenkolleg "Innere Grenzflächen") und das Russell Berrie Nanotechnology Institute in Technion, Israel.

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: ALUMINIUM Aluminiumoxid Atom Nanometer

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Schnell wachsende Galaxien könnten kosmisches Rätsel lösen – zeigen früheste Verschmelzung
26.05.2017 | Max-Planck-Institut für Astronomie

nachricht 3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind
24.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie 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: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften