Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Reibung im Nanometerbereich: Hohe Energieverluste in der Nähe von Ladungsdichtewellen

16.12.2013
Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung der Universität Basel konnte in der Nähe von Ladungsdichtewellen einen starken Energieverlust beobachten, der durch Reibungseffekte verursacht wird.

Dies könnte praktische Bedeutung für die Kontrolle von Reibung im Nanometerbereich haben. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift «Nature Materials» veröffentlicht.


Die schwingende Spitze eines Rasterkraft-Mikroskops in der Nähe einer Ladungsdichtewelle (charge density wave, CDW) über der Oberfläche einer Schichtstruktur aus Niob- und Selen-Atomen.

Universität Basel

Reibung wird oft als nachteiliges Phänomen betrachtet, das zu Verschleiss führt und Energieverluste verursacht. Umgekehrt kann aber auch zu wenig Reibung unvorteilhaft sein, zum Beispiel beim Laufen auf Eisflächen oder beim Fahren auf nasser Strasse.

Das Verständnis von Reibungseffekten ist deshalb von grosser Bedeutung – auch in der Nanotechnologie, wo Reibung im Nanometerbereich kontrolliert werden soll. Einen Beitrag, wie Reibung in mikroskopischen Dimensionen funktioniert, leistet nun eine neue Studie von Forschern der Universität Basel, der Universität Warwick, des CNR-Instituts SPIN in Genua sowie des Internationalen Zentrums für Theoretische Physik (ICTP) in Triest.

Für ihr Experiment liessen die Wissenschaftler um den Basler Experimentalphysiker Prof. Ernst Meyer die nanometerfeine Spitze eines Rasterkraftmikroskops über die Oberfläche einer Schichtstruktur aus Niob- und Selen-Atomen vibrieren. Diese Verbindung verwendeten sie aufgrund ihrer besonderen elektronischen Eigenschaften; insbesondere bilden sich darin bei extrem tiefen Temperaturen sogenannte Ladungsdichtewellen. Dadurch sind die Elektronen nicht mehr wie in einem Metall gleichmässig verteilt, sondern es bildet sich Gebiete, in denen die Elektronendichte zwischen hoch und tief schwankt.

Energieverluste in der Nähe von Ladungsdichtewellen

In der Nähe solcher Ladungsdichtewellen registrierten die Forscher sehr hohe Energieverluste zwischen der Oberfläche und der Spitze des Rasterkraftmikroskops, selbst bei relativ grossen Abständen von mehreren Atomdurchmessern. «Der Energieabfall war so stark, als wäre die Spitze plötzlich in eine zähe Flüssigkeit geraten», beschreibt Meyer den Reibungseffekt.

Diese Energieverluste konnten die Forscher nur bei Temperaturen unterhalb 70 Kelvin (-203°C) beobachten. Da Ladungsdichtwellen bei höheren Temperaturen nicht existieren, werteten sie dies als Indiz dafür, dass Reibungskräfte zwischen Messnadel-Spitze und Ladungsdichtewellen die Energieverluste verursachen.

Das theoretische Modell zeigt, dass die hohen Energieverluste durch eine Serie von lokalen Phasenverschiebungen der Ladungsdichtewellen verursacht werden. Dieses neu entdeckte Phänomen könnte praktische Bedeutung für die Nanotechnologie haben, zumal sich der Reibungseffekt in Abhängigkeit von Abstand und Spannung modulieren lässt.

Originalbeitrag
Markus Langer, Marcin Kisiel, Rémy Pawlak, Franco Pellegrini, Giuseppe E. Santoro, Renato Buzio, Andrea Gerbi, Geetha Balakrishnan, Alexis Baratoff, Erio Tosatti and Ernst Meyer
Giant frictional dissipation peaks and charge-density-wave slips at the NbSe2 surface

Nature Materials, published online 15.12.2013 | doi: 10.1038/NMAT3836

Olivia Poisson | Universität Basel
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch
http://www.unibas.ch/index.cfm?uuid=DC94C04AD00C6691D7A5CC153F3BD1E9&type=search&show_long=1&o_lang_id=1

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Schnell wachsende Galaxien könnten kosmisches Rätsel lösen – zeigen früheste Verschmelzung
26.05.2017 | Max-Planck-Institut für Astronomie

nachricht 3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind
24.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

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: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften