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 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: 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...

Im Focus: The first precise measurement of a single molecule's effective charge

For the first time, scientists have precisely measured the effective electrical charge of a single molecule in solution. This fundamental insight of an SNSF Professor could also pave the way for future medical diagnostics.

Electrical charge is one of the key properties that allows molecules to interact. Life itself depends on this phenomenon: many biological processes involve...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2018

17.01.2018 | Veranstaltungen

2. Hannoverscher Datenschutztag: Neuer Datenschutz im Mai – Viele Unternehmen nicht vorbereitet!

16.01.2018 | Veranstaltungen

Fachtagung analytica conference 2018

15.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Projekt "HorseVetMed": Forscher entwickeln innovatives Sensorsystem zur Tierdiagnostik

17.01.2018 | Agrar- Forstwissenschaften

Seltsames Verhalten eines Sterns offenbart Schwarzes Loch, das sich in riesigem Sternhaufen verbirgt

17.01.2018 | Physik Astronomie

Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

17.01.2018 | Physik Astronomie