Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Springende Atome beobachtet

14.09.2009
Unter Beobachtung: Rastlose Atome lassen Werkstoffe altern

Atome haben die Angewohnheit, durch Festkörper zu springen - das konnten PhysikerInnen jetzt erstmals mit einer neuen Methode beobachten. Möglich war dies durch die Nutzung von Röntgenquellen neuester Bauart, sogenannter Elektronen-Synchrotrons.

Die Details des vom Wissenschaftsfonds FWF unterstützten Projektes wurden kürzlich im renommierten Fachmagazin NATURE MATERIALS veröffentlicht. Die vorliegende Arbeit eröffnet neue Wege für die Erforschung der Alterungsprozesse von Werkstoffen auf atomarer Ebene.

In Festkörpern geht es mitunter "wild" zu. So wechseln beispielsweise in einem Goldring pro Sekunde bisweilen Milliarden von Atomen ihre Position.

Das häufige Herumspringen der Atome spielt sich dabei nicht nur für Laien im Verborgenen ab. Auch den PhysikerInnen entzog sich dieser Vorgang lange der tatsächlichen Beobachtung. Genug Ansporn, dies zu ändern, hatten die WissenschafterInnen aber auf jeden Fall: Denn die Ruhelosigkeit der Atome ist für das Altern - und damit den Verlust bestimmter Eigenschaften von Werkstoffen verantwortlich.

Das Wissen um die Bewegung der Atome hat sich nun entscheidend vertieft: Ein Forscherteam der Fakultät für Physik an der Universität Wien konnte die Atome erstmals beim Springen durch einen Festkörper direkt verfolgen.
Modernste Technologie in Form des europäischen Elektronen-Synchrotrons ESRF in Grenoble, Frankreich, das die Erzeugung spezieller Röntgenstrahlen von extrem hoher Intensität und Qualität ermöglicht, war dazu notwendig. Diese Röntgenstrahlen - die derzeit weltweit in nur drei Forschungsanlagen produziert werden können - ermöglichten den ForscherInnen die Beobachtung der Wanderung der Atome in einer Kupfer-Gold-Legierung.

SPRUNGRATE VERDOPPELT
Im Detail fanden die WissenschafterInnen heraus, wie weit und in welche Richtung die Atome springen, und wie dies durch die Temperatur beeinflusst wird. Projektmitarbeiter Mag. Michael Leitner dazu: "Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass Atome bei einer Temperatur von 270 Grad Celsius etwa einmal in der Stunde ihren Platz im Kristallgitter wechseln. Aber nicht nur

das: Denn steigert man die Temperatur um 10 Grad Celsius, so verdoppelt sich die Sprungrate der Atome. Umgekehrt funktioniert das Ganze natürlich genauso. Wird es um 10 Grad kühler, dann springen die Atome nur halb so oft."

Auf der Grundlage des nun durchgeführten Experiments soll in Zukunft auch die Messung atomarer Bewegung in vielen, auch technisch wichtigen metallischen Systemen möglich sein. Damit ist die Basis geschaffen, um Alterungsprozesse von Werkstoffen verstehen zu können, die von der inneren Unruhe der Atome maßgeblich beeinflusst werden: So beruht beispielweise die Festigkeit von Automotoren oder die Funktionsweise von Computern darauf, dass deren Fremdatomen unter kontrollierten Produktionsbedingungen bei zumeist hohen Temperaturen ein bestimmter Platz zugewiesen wird. Leider tendieren die Atome aber auch dazu, bei hohen Temperaturen schnell wieder die ihnen "zugewiesenen" Plätze zu verlassen - und die Werkstoffe verlieren ihre erwünschten Eigenschaften.

DER WEG IST DAS ZIEL
Abgesehen von den Erkenntnissen des Experiments rund um die springenden Atome ist auch dessen Realisierung spektakulär. Denn erst durch den ausgeklügelten Einsatz verschiedener Filter konnten dem Synchrotron spezielle, als "kohärent" bezeichnete, Röntgenstrahlen entlockt werden.
Allein dies bedeutet bereits einen enormen Fortschritt für das Forschungsgebiet des Wiener Physikerteams. Mag. Leitner dazu: "Derzeit wird daran gearbeitet, die Qualität der Röntgenstrahlen noch weiter zu erhöhen.

So wird beispielsweise gerade in Hamburg der europäische Röntgenlaser XFEL gebaut. Dieser Laser wird wieder neue Möglichkeiten bieten, auf die wir uns bereits freuen."

Der geplante Einsatzbereich des europäischen Röntgenlasers geht dabei über die Untersuchung diverser Materialien weit hinaus. So soll er auch für die Aufklärung von Strukturen lebenswichtiger Substanzen, wie etwa von Proteinen, herangezogen werden können. Noch steckt die Nutzung der "kohärenten" Röntgenstrahlen in den Kinderschuhen - das vom FWF unterstützte Projekt ist jedoch bereits ein erster, wichtiger Schritt hin zu deren universeller Anwendung unter führender Teilnahme österreichischer WissenschafterInnen.


Bild und Text ab Montag, 14. September 2009, 09.00 Uhr MEZ verfügbar unter:
http://www.fwf.ac.at/de/public_relations/press/pv200909-de.html

Originalpublikation: "Atomic diffusion studied with coherent X-rays" M.
Leitner, B. Sepiol, L. Stadler, B. Pfau & G. Vogl. Nature Materials 8, 717­720 (2009), DOI: 10.1038/nmat2506

Wissenschaftlicher Kontakt:
Mag. Michael Leitner
Universität Wien
Fakultät für Physik
Strudlhofgasse 4
1090 Wien
T +43 / 1 / 42 77 - 513 10
E michael.leitner@univie.ac.at
Der Wissenschaftsfonds FWF:
Mag. Stefan Bernhardt
Haus der Forschung
Sensengasse 1
1090 Wien
T +43 / 1 / 505 67 40 - 8111
E stefan.bernhardt@fwf.ac.at
Redaktion & Aussendung:
PR&D - Public Relations für Forschung & Bildung Campus Vienna Biocenter 2 1030 Wien T +43 / 1 / 505 70 44 E contact@prd.at

Ramona Seba | PR&D
Weitere Informationen:
http://www.fwf.ac.at
http://www.univie.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Der überraschend schnelle Fall des Felix Baumgartner
14.12.2017 | Technische Universität München

nachricht Eine blühende Sternentstehungsregion
14.12.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

15.12.2017 | Medizin Gesundheit

Moos verdoppelte mehrmals sein Genom

15.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neues Epidemie-Management-System bekämpft Affenpocken-Ausbruch in Nigeria

15.12.2017 | Informationstechnologie