Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gefrieren auf den Kopf gestellt: Kälte macht flüssig

16.07.2010
In der Theorie wird der Effekt schon seit mehr als 100 Jahren vorhergesagt. Jetzt ist es Physikern der Universität Würzburg gelungen, ihn im Experiment nachzuweisen. Das Material, das sie dafür verwenden, zeigt ein scheinbar äußerst ungewöhnliches Verhalten.

Jeden Winter ist es gut zu beobachten: Kühlt eine Flüssigkeit ab, verändert sie normalerweise ab einer bestimmten Temperatur ihren Aggregatzustand und wird fest. Flüssiges Wasser verwandelt sich beispielsweise in Eis. Die Physik dahinter: Während sich die Moleküle in der Flüssigkeit ungeordnet bewegen, ordnen sie sich im Festkörper zu einem regelmäßigen Gitter an.

In seltenen Fällen kann dieser Prozess allerdings auch umgekehrt ablaufen: Dann wird aus dem geordneten Festkörper bei sinkenden Temperaturen eine Flüssigkeit. Physiker sprechen in diesem Fall von „inversem Schmelzen“. Dafür sind in der Regel extreme Bedingungen erforderlich: Der Druck muss meist sehr hoch sein oder die Temperatur knapp über dem absoluten Nullpunkt liegen.

Die Würzburger Entdeckung

Physikern der Universität Würzburg ist jetzt eine doppelte Premiere gelungen: Sie haben zum einen organische Moleküle auch ohne extreme Umgebungsbedingungen bei sinkenden Temperaturen zum Verflüssigen gebracht; zum anderen ist ihnen dies in einem zweidimensionalen System gelungen. Verantwortlich für diese Arbeit ist Dr. Achim Schöll, Assistent am Lehrstuhl für Experimentelle Physik VII der Universität Würzburg. Science berichtet in seiner aktuellen Ausgabe über das Ergebnis.

„Gustav Tammann, ein Chemiker, der Anfang des 20. Jahrhunderts in Göttingen lebte und forschte, hatte dieses Phänomen bereits 1903 theoretisch vorgesagt“, erklärt Achim Schöll. Der experimentelle Nachweis in einem zweidimensionalen System sei bisher jedoch noch nicht geglückt.

Das Experiment

Was „zweidimensional“ bedeutet? „Die Moleküle ordnen sich flach in Form der dünnstmöglichen Schicht auf einer kristallinen Unterlage an“, sagt Schöll – wie Billardkugeln auf dem Billardtisch. Die Physiker haben für ihre Experimente organische Moleküle verwendet, die aus einem Naphthalingerüst mit weiteren funktionellen Gruppen bestehen. Als Unterlage kam ein extrem gleichmäßig angeordneter Silbereinkristall zum Einsatz.

Solange die Temperatur einen bestimmten Wert nicht unterschreitet, halten die Moleküle in diesem System ihre regelmäßige Anordnung bei – die Schicht repräsentiert den festen Zustand. „Als wir diese Schicht jedoch auf etwa minus 120 Grad Celsius abgekühlt hatten, konnten wir ein Verschwinden dieser zweidimensionalen Ordnung beobachten“, so Schöll. Was bedeutet: Die Schicht wurde flüssig. Der Effekt lässt sich auch wieder rückgängig machen: Beim Erwärmen kehrt die regelmäßige Ordnung zurück.

Die Bedeutung

Die Ergebnisse sind in erster Linie von großer Wichtigkeit für die Grundlagenforschung, in der es um das Verständnis der mikroskopischen Zusammenhänge geht. „ Unsere Erkenntnisse sind zum Beispiel wichtig für die Entwicklung neuer organischer Halbleiterelemente“, so der Physiker. Dort kommen ähnliche Moleküle zum Einsatz wie Schöll und seine Mitarbeiter sie verwendet haben. Und auch dort spielen physikalische Ordnungsphänomene an den Kontaktstellen zwischen organischen Molekülen und metallischen Stromleitern eine bedeutende Rolle.

“Disordering of an Organic Overlayer on a Metal Surface Upon Cooling”. A. Schöll, L. Kilian, Y. Zou, J. Ziroff, S. Hame, F. Reinert, E. Umbach, R.H. Fink. Science RE1189106/CT/CHEMISTRY

Kontakt:
Dr. Achim Schöll,
T: (0931) 31-85127,
E-Mail: achim.schoell@physik.uni-wuerzburg.de

Gunnar Bartsch | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Waschen für die Mikrowelt – Potsdamer Physiker entwickeln lichtempfindliche Seife
02.12.2016 | Universität Potsdam

nachricht Quantenreibung: Jenseits der Näherung des lokalen Gleichgewichts
01.12.2016 | Forschungsverbund Berlin e.V.

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: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie