Kunststoffteilchen präzise steuern: Bayreuther Physiker finden ungewöhnliche Kolloide

An den Grenzen des Materials bewegen sich die Kunststoffteilchen in ausgedehnten schleifenförmigen Bahnen; im Inneren bewegen sie sich nur in geschlossenen Bahnen und verändern ihre Position kaum. Grafik: Lehrstuhl für Experimentalphysik V, Universität Bayreuth

Auf den Spuren der Nobelpreisträger

Die Kolloide verhalten sich somit ähnlich wie die Elektronen topologischer Isolatoren. Dies ist eine Materialklasse, die seit wenigen Jahren die physikalische Forschung immer stärker fasziniert. Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an den Materialgrenzen elektrisch leitfähig sind, aber in ihrem Innern keinen elektrischen Strom hindurchlassen.

Es waren die britischen Physiker David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz, die mit theoretischen Berechnungen die Erforschung dieser Festkörper wesentlich vorangebracht haben und dafür 2016 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wurden. Seither stieg auch das Interesse an großen Partikeln, die ähnliche Eigenschaften wie die wesentlich kleineren Elektronen in topologischen Isolatoren haben und ihnen analog sind.

Den Bayreuther Physikern ist es nun erstmals gelungen, solche Partikel zu identifizieren. Es sind Kolloide, die an ihrer jeweiligen Position verharren, wenn sie im Innern eines komplexen Materials platziert sind. Doch an den Grenzen dieses Materials können sie sich entlanghangeln. Hier bewegen sie sich in schleifenförmigen Bahnen zügig fort. Bisher sind keine anderen Teilchen bekannt, die den Elektronen topologischer Isolatoren in dieser Weise ähnlich sind.

Künftige Chips als Miniatur-Laboratorien

Das außergewöhnliche Verhalten dieser Kolloide in und auf einem komplexen Material beruht auf dem strukturierten Magnetfeld, dem sie ausgesetzt sind. Infolge dieses Magnetfelds lässt sich die Fortbewegung der Kolloide auf der Oberfläche des Materials nicht nur ununterbrochen beobachten, sondern auch präzise steuern. Genau hier liegt ein vielversprechendes Potenzial für künftige Anwendungen in Forschung und Entwicklung:

„Auf den Kolloiden lassen sich – beispielsweise im Rahmen biomedizinischer Untersuchungen – einzelne Moleküle platzieren, die im Huckepack-Verfahren exakt von einer Position an eine andere gewünschte Position transportiert werden. Die Kolloide eignen sich daher für die Herstellung von Mikrochips, auf denen diese Prozesse exakt gesteuert und beobachtet werden können. Diese Chips wären dann Miniatur-Laboratorien für verschiedenste Experimente, die auf eine derartige präzise Steuerung angewiesen sind“, erklärt Dr. Daniel de las Heras, der die Forschungsarbeiten in Bayreuth gemeinsam mit Dr. Johannes Löhr vorangetrieben hat.

Forschungskooperationen:

Die jetzt in Communications Physics veröffentlichten Erkenntnisse sind hervorgegangen aus einer engen Zusammenarbeit mit Forschungsgruppen an der Universität Kassel und der Adam-Mickiewicz-UniversitätPoznań.

Veröffentlichung:

Loehr, J., de las Heras, D., Jarosz, A., Urbaniak, M., Stobiecki, F., Tomita, A., Huhnstock, R., Koch, I., Ehresmann, A., Holzinger, D. & Fischer, Th. M., Colloidal topological insulators. Communication Physics (2018), DOI: 10.1038/s42005-017-0004-1

Kontakt:

Prof. Dr. Thomas Fischer
Lehrstuhl für Experimentalphysik V
Universität Bayreuth
Telefon: +49 (0)921 55-3342
E-Mail: thomas.fischer@uni-bayreuth.de

Media Contact

Christian Wißler Universität Bayreuth

Weitere Informationen:

http://www.uni-bayreuth.de/

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie

Von grundlegenden Gesetzen der Natur, ihre elementaren Bausteine und deren Wechselwirkungen, den Eigenschaften und dem Verhalten von Materie über Felder in Raum und Zeit bis hin zur Struktur von Raum und Zeit selbst.

Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Berichte und Artikel, unter anderem zu den Teilbereichen: Astrophysik, Lasertechnologie, Kernphysik, Quantenphysik, Nanotechnologie, Teilchenphysik, Festkörperphysik, Mars, Venus, und Hubble.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Neueste Beiträge

Hochleistungs-Metalloptiken mit Lothar-Späth-Award 2021 ausgezeichnet

Fraunhofer IOF und HENSOLDT Optronics entwickeln optisches Teleskop zur Erforschung des Jupitermondes Ganymed. Forscher des Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF sind gemeinsam mit ihrem Partner für die Entwicklung…

Chemiker designen „molekulares Flaggenmeer“

Forschende der Universität Bonn haben eine molekulare Struktur entwickelt, die Graphit-Oberflächen mit einem Meer winziger beflaggter „Fahnenstangen“ bedecken kann. Die Eigenschaften dieser Beschichtung lassen sich vielfältig variieren. Möglicherweise lassen sich…

Der nächste Schritt auf dem Weg zur Batterie der Zukunft

Kompetenzcluster für Festkörperbatterien „FestBatt“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung geht in die zweite Förderphase – Koordination durch Prof. Dr. Jürgen Janek vom Gießener Zentrum für Materialforschung – Rund 23…

Partner & Förderer