Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kostbare Kristallkugeln

24.05.2007
Am IKZ entstand der Einkristall, der bei der Neudefinition des Kilogramms helfen soll

Wissenschaftler des Berliner Instituts für Kristallzüchtung haben am Mittwoch den entscheidenden Siliziumkristall erzeugt, der zu einer Neudefinition der Einheit Kilogramm führen könnte. Am heutigen Donnerstag wurde er aus der Anlage entnommen. Die Perfektion der Struktur und die hohe chemische und Isotopen- Reinheit des Kristalls sollen es ermöglichen, die Anzahl von Atomen in einem Kilogramm Silizium exakt zu bestimmen. Aus dem in Adlershof gezüchteten Einkristall werden zwei Kugeln herauspräpariert, die je ein Kilo wiegen. Experten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig wollen dann die Atome in den Kugeln „zählen“ und so zu einer exakten Definition des Kilogramms kommen.

Bislang bestimmt sich das Kilogramm immer noch aus dem Vergleich mit dem Ur-Kilo in Paris, einem 39 Milimeter hohen und ebenso dicken Platin-Iridium-Zylinder. Nur: Jedes Handhaben des Zylinders, vor allem seine Reinigung, führt dazu, dass er zigtausende Atome verliert. Das gilt auch für die Kopien, die es in vielen Staaten der Erde gibt. Experten gehen davon aus, dass mittlerweile Abweichungen von 70 Mikrogramm auftreten (0,000 000 07 kg). Da in der heutigen Chemie und Physik jedoch längst mit weit geringeren Massen experimentiert und gerechnet wird, ist eine genaue und international einheitliche Bestimmung von großer Bedeutung. Wichtig ist die Definition auch für Experimente zur Prüfung von Naturkonstanten.

Bis jedoch das Kilogramm neu definiert werden kann, sind weitere wichtige Messungen nötig. Zunächst müssen die Kugeln mit dem Standard-Kilogramm in Braunschweig verglichen werden, um festzustellen, wie genau ihre tatsächliche Masse mit der der deutschen Kopie des Ur-Kilos übereinstimmt. Dann geht es darum, die Kugelgestalt exakt zu vermessen. Und schließlich werden die Mitarbeiter des internationalen Avogadro-Projekts die Atomabstände ermitteln. All diese Messungen müssen zusammengenommen bis auf ein Hundertmillionstel („zehn hoch minus acht“) genau sein. Sind diese Voraussetzungen erfüllt, kann man die Zahl der Silizium-Atome in der Kugel berechnen und so eine für alle Zeiten gültige Einheit festlegen.

Das Institut für Kristallzüchtung spielt dabei eine zentrale Rolle, weil es den Kristall für die Kugeln in der nötigen Perfektion produzieren kann. Schon das Ausgangsmaterial ist sehr kostbar: Aus Russland wurden vor einigen Wochen 6 Kilogramm hochreines Silizium 28 (chemisch: 28Si) * nach Berlin geliefert, Warenwert: 1,2 Millionen Euro. Zum Vergleich: 6 Kilogramm Gold würden knapp 90.000 Euro kosten, also weniger als ein Zehntel. Das Silizium 28 wurde in einem speziellen Verfahren angereichert mit Zentrifugen, die früher das russische Militär nutzte. Ziel war es, eine einmalig hohe Isotopenreinheit zu erreichen. Isotopen sind Atome ein und des selben Elements, die sich nur in der Anzahl der Neutronen unterscheiden und daher unterschiedlich schwer sind. Das 28Si (*), das im natürlichen Si zu etwa 91Prozent enthalten ist, wurde in Russland auf den Rekordwert von 99,994 Prozent angereichert. Anders gesagt: Unter hunderttausend Siliziumatomen befinden sich maximal sechs Isotopen mit anderem Gewicht. Die Anreicherung wurde mit Massenspektrometern unabhängig in Russland und am Institut für Referenzmaterialien und Messungen der Europäischen Union in Geel bestimmt, die Konzentrationen anderer Elemente wurden mittels Infrarot-Spektrometrie an der PTB ermittelt.

Aus diesem Ausgangsmaterial züchteten die Experten des IKZ unter der Leitung von Dr. Helge Riemann einen Einkristall, dessen Atome in einem praktisch perfekten Gitter geordnet sind. Dank des Floating-Zone-Verfahrens kam das Silizium dabei auch mit keinem Schmelztiegel in Berührung, so dass die wichtigste Verunreinigungsquelle ausgeschlossen war. Am Ende entstand ein Kristallrohling, dessen Form entfernt an eine Sanduhr erinnert. Jetzt sollen daraus Kugeln gefertigt werden – sie werden zu den kostbarsten Kristallkugeln der Welt zählen.

Ansprechpartner: Dr. Helge Riemann, Institut für Kristallzüchtung, Tel.: 030 / 6392-3010.

* BITTE BEACHTEN: Die wissenschaftlich korrekte Schreibweise von 28Si stellt die Zahl 28 hoch und vor das Kürzel Si.

Josef Zens | Forschungsverbund Berlin e.V.
Weitere Informationen:
http://www.fv-berlin.de

Weitere Berichte zu: Atom Einkristall Kristallkugel Kristallzüchtung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Vorstoß ins Innere der Atome
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Quanten-Wiederkehr: Alles wird wieder wie früher
23.02.2018 | Technische Universität Wien

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: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics