Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wissenschaftler der FU Berlin und des CEMES Toulouse erforschen mechanische Kristalleigenschaften auf der atomaren Skala

07.05.2010
Mitarbeitern der Forschergruppe von Experimentalphysiker Leonhard Grill von der Freien Universität Berlin ist es in Zusammenarbeit mit theoretischen Physikern um Christian Joachim vom Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales (CEMES) in Toulouse im Rahmen des europäischen Forschungsprojektes „Pico-Inside“ erstmals gelungen, nur wenige Atomlagen dünne kristalline Kochsalz-Filme zu strukturieren.

Dies ist bedeutsam für künftige Verfahren in den Materialwissenschaften; Kochsalzstrukturen sind von besonderem Interesse, da sie als elektrische Isolatoren innerhalb von Schaltkreisen einer zukünftigen Molekularen Elektronik dienen könnten. Die Ergebnisse wurden in der jüngsten Ausgabe der renommierten Zeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Mithilfe des Verfahrens lassen sich Nano-Kristallite kontrolliert schneiden und brechen sowie gezielt positionieren. Darüber hinaus konnten die Forscher zeigen, dass das aus der makroskopischen Physik seit mehr als 300 Jahren bekannte Hookesche Gesetz auch auf der atomaren Skala, bei der Verbiegung von Nanostrukturen, gültig ist. Dem Hookeschen Gesetz zufolge dehnt sich ein makroskopischer Körper proportional zu der auf ihn wirkenden Kraft aus.

Das mechanische Verhalten von Kristallen unter Belastung reicht von elastischer Verformung bis hin zu dauerhafter Veränderung. Während Materialien mit makroskopischen Abmessungen in Bezug auf ihr mechanisches Verhalten gut erforscht sind, gibt es wegen der experimentellen Herausforderungen bisher keine Untersuchungen auf der Skala weniger Nanometer – ein nm entspricht einem Milliardstel Meter –, nahe dem Bereich der atomaren Abstände im Kristall. Dabei interessiert zum einen die Ausbreitung von elastischer Verformung innerhalb kristalliner Nanostrukturen sowie der Übergang zum Brechen. Zum anderen bietet die Fähigkeit zur kontrollierten Verformung die Möglichkeit, spezifische Strukturen auf der atomaren Ebene aufzubauen.

Die Wissenschaftler ließen die Kochsalz-Kristallite mit Abmessungen im Bereich weniger Nanometer im Ultrahochvakuum auf einem Kupferkristall wachsen. Anschließend wurde die Spitze eines Rastertunnelmikroskops verwendet, um die Kristallite auf der Oberfläche entweder zu verschieben, wie mit einem Messer zu schneiden – wobei sich Kanäle mit der Breite weniger Atome ergeben – oder zu brechen. Beim Brechen der Kristallite kommt es zuerst zu einer elastischen Verbiegung und im Anschluss zum Bruch entlang einer kristallinen Vorzugsrichtung, also zu plastischer Verformung. Rechnungen machen die Verteilung der elastischen Verspannung im Kristallit deutlich und zeigen, dass die elastische Verformung dem seit dem 17. Jahrhundert bekannten Hookeschen Gesetz folgt.

Das Verständnis mechanischer Eigenschaften auf der atomaren Skala ist von großer Bedeutung für Materialeigenschaften unter Belastung; die Reaktion reicht von elastischer Verformung bis zur Ausbildung von Versetzungslinien und permanenter Veränderung. Der in der Forschungsarbeit erfolgreich umgesetzte Ansatz eröffnet eine Möglichkeit, das mechanische Verhalten von Materialien in kleinsten Dimensionen zu studieren. Darüber hinaus konnten die Nano-Kristallite gezielt strukturiert werden, was in Zukunft nach Einschätzung der Wissenschaftler das Potenzial zum gezielten Aufbau von Strukturen auf der atomaren Ebene bietet.

Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:
Leonhard Grill, Institut für Experimentalphysik,
Telefon: 030 / 838-52226; E-Mail: grill@physik.fu-berlin.de
Im Internet: http://users.physik.fu-berlin.de/~grill
Publikation:
Ch. Bombis, F. Ample, J. Mielke, M. Mannsberger, C. J. Villagómez, Ch. Roth, C. Joachim, and L. Grill: „Mechanical behavior of nanocrystalline NaCl islands on Cu(111)”

“Physical Review Letters” (Ausgabe vom 7. Mai 2010); Internet: http://prl.aps.org

Carsten Wette | idw
Weitere Informationen:
http://www.fu-berlin.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Magnetische Quantenobjekte im "Nano-Eierkarton": PhysikerInnen bauen künstliche Fallen für Fluxonen
25.07.2017 | Universität Wien

nachricht Eine neue Stufe der magnetischen Sättigung
25.07.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

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: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Im Focus: Breitbandlichtquellen mit flüssigem Kern

Jenaer Forschern ist es gelungen breitbandiges Laserlicht im mittleren Infrarotbereich mit Hilfe von flüssigkeitsgefüllten optischen Fasern zu erzeugen. Mit den Fasern lieferten sie zudem experimentelle Beweise für eine neue Dynamik von Solitonen – zeitlich und spektral stabile Lichtwellen – die aufgrund der besonderen Eigenschaften des Flüssigkerns entsteht. Die Ergebnisse der Arbeiten publizierte das Jenaer Wissenschaftler-Team vom Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), dem Fraunhofer-Insitut für Angewandte Optik und Feinmechanik, der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Helmholtz-Insituts im renommierten Fachblatt Nature Communications.

Aus einem ultraschnellen intensiven Laserpuls, den sie in die Faser einkoppeln, erzeugen die Wissenschaftler ein, für das menschliche Auge nicht sichtbares,...

Im Focus: Flexible proximity sensor creates smart surfaces

Fraunhofer IPA has developed a proximity sensor made from silicone and carbon nanotubes (CNT) which detects objects and determines their position. The materials and printing process used mean that the sensor is extremely flexible, economical and can be used for large surfaces. Industry and research partners can use and further develop this innovation straight away.

At first glance, the proximity sensor appears to be nothing special: a thin, elastic layer of silicone onto which black square surfaces are printed, but these...

Im Focus: 3-D scanning with water

3-D shape acquisition using water displacement as the shape sensor for the reconstruction of complex objects

A global team of computer scientists and engineers have developed an innovative technique that more completely reconstructs challenging 3D objects. An ancient...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungen

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Die turbulente Atmosphäre der Venus

25.07.2017 | Physik Astronomie

SEEDs – Intelligente Batterien mit zellinterner Sensorik

25.07.2017 | Energie und Elektrotechnik

Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

25.07.2017 | Physik Astronomie