Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie man atomare Schafherden ordnet

14.11.2006
Max-Planck-Forscher aus Halle beobachten Selbstordnung von Atomen innerhalb von runden Atom-Pferchen

Dass man Elektronen oder Atome innerhalb von Atomstrukturen ähnlich wie Schafe in einem Pferch einsperren kann, ist schon seit Längerem bekannt. Nun haben aber Physiker am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle ein Kuriosum entdeckt: Wenn die atomaren Gatter die richtige Form besitzen, und Unterlage, Temperatur und andere Parameter passend darauf abgestimmt werden, dann ordnen sich zufällig aufgedampfte Atome innerhalb des runden Gatters von selbst in regelmäßigen Strukturen an - so, als würden sich Schafe in einem Gatter von selbst geordnet aufstellen (Physical Review Letters, 2. November 2006).


Ein ellipsenförmiger Pferch aus Kobalt-Atomen, die auf einer Unterlage aus Kupferatomen aufgesetzt wurden. Die Elektronen verhalten sich in diesem Pferch wie (stehende) Wellen in einem Teich. Bild: Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik, Halle

Seit einigen Jahren konzentriert sich weltweit eine ganze Reihe Forschergruppen darauf, die Leitungselektronen auf der Oberfläche gewisser Materialien - also die Elektronen, die für elektrischen Stromfluss zur Verfügung stehen - mithilfe von gezielt aufgepflanzten Atomen in Muster zu zwingen. Damit will man das Wachstum dünner Materialfilme beeinflussen: Dampft man neue Atome - so genannte Adatome - auf solche Elektronenstrukturen auf, dann lagern sich die Adatome wegen der elektrischen Anziehung und Abstoßung in manchen Gegenden lieber als in anderen an, abhängig von der Elektronendichte auf dem Material. Physiker hoffen so, mit Hilfe maßgeschneiderter Elektronendichten dünne Materialfilme mit vorgegebenen Eigenschaften erzeugen zu können.

Die Forscher am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle untersuchten zusammen mit Physikern der Universitäten Halle und Santiago de Compostella, Spanien, eine besondere Form der Elektronenstruktur: Sie betrachteten Elektronen in einer dicht geschlossenen Ellipse aus Kobalt-Atomen auf einem Kupfer-Untergrund. Die Leitungselektronen kann man sich wie ein Gas oder eine Flüssigkeit vorstellen; im runden "Atompferch" bilden sie stehende Wellen aus, ähnlich wie Wasserwellen in einem kleinen Teich.

... mehr zu:
»Adatome »Atom »Elektron »Temperatur

Anschließend simulierten die Physiker, was passiert, wenn nun Kobalt-Adatome aufgedampft werden. Die neuen Atome interagieren mit den Kobalt-Atomen im Pferch und den eingesperrten Elektronen. Es ergeben sich winzige Schwankungen in den Energieniveaus, die nur bei niedrigen Temperaturen von etwa 10 bis 20 Kelvin zum Tragen kommen. Diese Schwankungen führen dazu, dass die Adatome bevorzugt auf Stellen mit hoher Elektronendichte rutschen - falls die Rate der aufgedampften Adatome stimmt, die Temperatur niedrig genug und der Pferch dicht genug ist.

Die Kobalt-Adatome ordnen sich so entsprechend den Wellen im Elektronenteich auf Ellipsen an. Mit Adatomen, die sich bei tiefen Temperaturen leichter bewegen können - etwa Atomen des Elementes Cer - und einer kreisrunden Absperrung konnten die Forscher im Computer sogar regelmäßige Strukturen auf den Kreisen selbst erzeugen; etwa so, als ob sie eine atomare Schafherde zufällig in einen Pferch laufen lasse und die Schafe sich brav in gleichmäßigen Abständen und auf konzentrischen Kreisen aufstellten.

Der nächste Schritt besteht nun darin, die Simulationen im Experiment nachzuweisen, was mit gängiger Rasterkraftmikroskopie möglich sein sollte, um neue Wege für die Erzeugung von dünnen Filmen zu eröffnen.

Originalveröffentlichung:

V.S. Stepanyuk, N.N. Negulayev; L. Niebergall, R. C. Longo, and P. Bruno
Adatom self-organisation induced by quantum confinement of surface electrons
Physical Review Letters 97, 186403 (2006), published 2 November 2006

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Adatome Atom Elektron Temperatur

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Proteintransport - Stau in der Zelle
24.03.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Neuartige Halbleiter-Membran-Laser
22.03.2017 | Universität Stuttgart

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise