Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Elektronen-Synchrotron zeichnet Bewegung von Atomen auf

27.07.2009
Physiker der Universität Wien publizieren in "Nature Materials"

Einem Forschungsteam der Universität Wien rund um den Physiker Gero Vogl ist es erstmals gelungen, unter Nutzung eines Elektronen-Synchrotrons, einer Röntgenquelle der neuesten Bauart, springende Atome auf ihrem Weg durch den Festkörper zu verfolgen. Diese Studie wurde soeben in der renommierten Fachzeitschrift "Nature Materials" veröffentlicht.

Verschiedenste Eigenschaften von Werkstoffen beruhen auf der richtigen Verteilung von Fremdatomen. Das Spektrum reicht dabei von der Festigkeit metallischer Gegenstände wie Essbesteck oder Automotoren bis zu Eigenschaften von Halbleitern in all den elektronischen Geräten, die wir unablässig benützen. Die gewünschte Verteilung wird durch Diffusion der Fremdatome unter kontrollierten Produktionsbedingungen, insbesondere unter kontrollierten hohen Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt, erreicht.

Dagegen ist die Bewegung der Atome im Inneren eines festen Körpers bei Umgebungstemperaturen von rund 20°C normalerweise vernachlässigbar. Dennoch "altern" viele Werkstoffe schon bei 200°C bis 300°C innerhalb von Jahren. Dies geschieht, weil die Atome die ihnen "zugewiesenen" Plätze über Diffusion auch wieder verlassen.

Vorhandene Methoden bislang unzulänglich
Der Effekt des Alterns von Werkstoffen, nämlich die sich verschlechternden Materialeigenschaften, beschäftigt die Wissenschaft schon lange. Die vorhandenen Methoden waren bisher nicht empfindlich genug, um die Details der Atombewegung aufzuzeichnen - dies war nur bei sehr hohen Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt möglich, und selbst dann nur für einige wenige Elemente.

In ihrem Experiment konnten die Wiener Forscher durch Verfolgen der zeitlichen Änderung der an einer Kupfer-Gold-Legierung gestreuten Röntgenstrahlung feststellen, dass bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von 270°C jedes Atom etwa einmal pro Stunde von einem Platz zu einem anderen springt.

Der Durchbruch beruht auf einer spektakulären Eigenschaft der Synchrotron-Röntgenstrahlung. Diese unterscheidet sich von der normalen Röntgenstrahlung, wie sie z.B. der Arzt einsetzt, durch die so genannte Kohärenz. Sie bewirkt eine Übereinstimmung der Wellenberge und Wellentäler der Röntgenstrahlung, wie sie bisher nur bei Laserlicht erzielt worden ist. Noch steckt die Ausnutzung von Kohärenz bei Röntgenstrahlung in den Kinderschuhen: Sie erfordert die sorgfältige und aufwändige Präparation jenes Teils der Röntgenstrahlung, der letzten Endes tatsächlich "kohärent" ist und damit "Laser-Charakter" hat.

Zur Materialuntersuchung, nicht zuletzt zur Aufklärung der Strukturen von Proteinen und anderen Substanzen, die unsere Lebensprozesse ermöglichen, werden derzeit Röntgenlaser fertiggestellt, deren "Kohärenz" tatsächlich fast vollkommen ist. Damit sollte es möglich sein, auch das von Gero Vogl und seinem Team entwickelte Messverfahren universell einzusetzen. Solch ein sogenannter Freie-Elektronen-Laser hat soeben in Stanford, USA, den Betrieb aufgenommen, ein zweiter - der europäische Röntgenlaser XFEL - wird seit einem Jahr in Hamburg, Deutschland, gebaut.

Publikation "Atomic diffusion studied with coherent X-rays"
Michael Leitner, Bogdan Sepiol, Lorenz-Mathias Stadler, Bastian Pfau, Gero Vogl: Nature Materials Online 26.7.2009

DOI: 10.1038/NMAT2506

Kontakt:
O. Univ.-Prof. Dr. Gero Vogl
Mag. Michael Leitner
Universität Wien, Fakultät für Physik
Gruppe Dynamik Kondensierter Systeme
1090 Wien, Strudlhofgasse 4
M +43-699-123 87 050 (Gero Vogl)
gero.vogl@univie.ac.at
T +43-4277-513 10,
M +43-680-206 27 77 (Michael Leitner)
michael.leitner@univie.ac.at
Rückfragehinweis:
Mag. Alexandra Frey
Öffentlichkeitsarbeit
Universität Wien
1010 Wien, Dr.-Karl-Lueger-Ring 1
T +43-1-4277-175 31
M +43-664-602 77-175 31
alexandra.frey@univie.ac.at

Alexandra Frey | idw
Weitere Informationen:
http://www.univie.ac.at/175

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Moleküle brillant beleuchtet
23.04.2018 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Wie zerfallen kleinste Bleiteilchen?
23.04.2018 | Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald

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: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Im Focus: Molecules Brilliantly Illuminated

Physicists at the Laboratory for Attosecond Physics, which is jointly run by Ludwig-Maximilians-Universität and the Max Planck Institute of Quantum Optics, have developed a high-power laser system that generates ultrashort pulses of light covering a large share of the mid-infrared spectrum. The researchers envisage a wide range of applications for the technology – in the early diagnosis of cancer, for instance.

Molecules are the building blocks of life. Like all other organisms, we are made of them. They control our biorhythm, and they can also reflect our state of...

Im Focus: Metalle verbinden ohne Schweißen

Kieler Prototyp für neue Verbindungstechnik wird auf Hannover Messe präsentiert

Schweißen ist noch immer die Standardtechnik, um Metalle miteinander zu verbinden. Doch das aufwändige Verfahren unter hohen Temperaturen ist nicht überall...

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

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

Moleküle brillant beleuchtet

23.04.2018 | Physik Astronomie

Sauber und effizient - Fraunhofer ISE präsentiert Wasserstofftechnologien auf Hannover Messe

23.04.2018 | HANNOVER MESSE

Fraunhofer IMWS entwickelt biobasierte Faser-Kunststoff-Verbunde für Leichtbau-Anwendungen

23.04.2018 | Materialwissenschaften

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