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Materie und Material
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Materialforschung in neuer DimensionViele Materialien haben eine spezielle kristalline Struktur à ihre Atome sind übereinander in Schichten angeordnet. Ein deutsch-schweizerisches Forscherteam hat zum ersten Mal präzise beobachtet, wie die physikalischen Eigenschaften einer Substanz von der Zahl dieser Schichten abhängen. Dass sich die physikalischen Charakteristika nun auch auf diese Weise kontrollieren lassen, eröffnet neue Möglichkeiten, Stoffe zu identifizieren, aus denen die Computerchips der Zukunft gemacht sein könnten.
Am Anfang des Sehvorgangs steht die Wechselwirkung des Lichts mit dem Protein Rhodopsin. Dieses enthält den eigentlichen Lichtsensor, der angeregt wird, seine Form zu verändern und so den Rest des Vorgangs anzustossen. Forscher haben die Struktur des Rhodopsinmoleküls in dem kurzlebigen angeregten Zustand bestimmt und so ein genaues Bild der ersten Stufe des Sehvorgangs geliefert.
Eine neue Messung der Lebensdauer des Myons à die genaueste Bestimmung einer Lebensdauer in der Welt der kleinen Teilchen à liefert einen hochgenauen Wert für einen Parameter, der für die Bestimmung der Stärke der schwachen Kernkraft entscheidend ist. Die Experimente wurden von einem internationalen Forschungsteam am Paul Scherrer Institut durchgeführt.
Forschern ist es gelungen, magnetisch polarisierte Elektronen mit elektrischen Feldern zu beeinflussen. Diese wichtige Entdeckung könnte es ermöglichen, die Eigenschaften von Elektronen in einem Computerchip gleichzeitig für Verarbeitung und Speicherung von Daten zu nutzen. In Zukunft könnte dies die Entwicklung erheblich sparsamerer und leichterer elektronischer Geräte aller Art ermöglichen.
Magnetisierbare Materialien sind nie völlig unmagnetisch, sondern enthalten immer magnetisierte Bereiche à die magnetischen Domänen. In einem Experiment am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) konnten diese Domänen erstmals in ihrer dreidimensionalen Struktur abgebildet werden. Der Versuch beruhte auf einer Weiterentwicklung eines am Paul Scherrer Institut entstanden Verfahrens und nutzte neutronenoptische Komponenten, die am PSI hergestellt worden sind.
In einem starken Magnetfeld bilden Hochtemperatursupraleiter Flussschläuche à dünne Kanäle, in denen das Feld den Supraleiter durchdringen kann. Diese parallelen Schläuche ordnen sich meist in regelmässigen Mustern an. Nun haben zwei Physiker gezeigt, dass eine solche Anordnung von der Richtung des äusseren Magnetfelds abhängen muss. Grundlage dieser Ergebnisse ist eine mathematische Aussage, die als Satz vom Igel bekannt ist.
Seit Jahrzehnten suchen Forschende nach magnetischen Monopolen à einzelnen magnetischen Ladungen, die sich wie einzelne elektrische Ladungen alleine bewegen könnten. Nun ist es einem Team von Forschenden des Paul Scherrer Instituts und des University College Dublin gelungen, Monopole als Quasiteilchen in einer Anordnung von nanometergrossen Magneten zu erzeugen und ihre Bewegung unmittelbar zu beobachten.
Porphyrin, das als Teil des Hämoglobins den Sauerstofftransport im Blut möglich macht, könnte in leicht veränderter Form auch in technischen Geräten Verwendung finden. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der Universität Basel haben gezeigt, dass sich eine magnetische Eigenschaft des Moleküls chemisch ein- und ausschalten lässt, so dass dieses als winziger Schalter dienen könnte.
In vielen wichtigen Werkstoffen findet man mehrere Phasen. Wird ein solcher Werkstoff erwärmt, können Atome von der einen Phase zur anderen wandern, so dass sich die Verteilung der Phasen ändert à und damit oft die Eigenschaften des Werkstoffs. Nun haben Forschende für einen wichtigen Fall einer solchen Veränderung gezeigt, dass es eine universelle Gesetzmässigkeit gibt, die den Vorgang beschreibt. Und zwar für alle Werkstoffklassen.
Halbleiter aus Polymermaterialien dürften in Zukunft immer mehr Bedeutung für die Elektronikindustrie bekommen à etwa als Grundlage von Transistoren, Solarzellen oder Leuchtdioden. Meist bestehen sie nicht aus einer einzelnen Substanz, weil sich ihre besonderen elektrischen Eigenschaften oft erst dann ergeben, wenn man mehrere verschiedene Polymere miteinander mischt. Forschende des Paul Scherrer Instituts und der Universität Cambridge ein Verfahren entwickelt, mit dem sie den detaillierten Aufbau des Materials sowohl im Inneren als auch an der Oberfläche bestimmen können.
Das Proton à einer der Grundbausteine der Materie à ist kleiner als bisher angenommen. Das haben Experimente eines internationalen Forschungsteams bewiesen, die am Paul Scherrer Institut PSI im schweizerischen Villigen durchgeführt worden sind.
Am CERN konnten erstmals Kollisionen von Teilchen mit der höchsten Energie, die Menschen je erzeugt haben, vermessen werden. Sie wurden vom CMS-Experiment am CERN aufgezeichnet, zu dem das PSI eine der Schlüsselkomponenten, den zentralen Pixeldetektor, beigesteuert hat. Unerwartet schnell führten diese Daten nun zur ersten wissenschaftlichen Veröffentlichung – Ergebnis der Zusammenarbeit von 3000 Forschenden und Ingenieuren aus fast 40 Ländern an diesem gigantischen Experiment.
Computer-Festplatten könnten bald ausgedient haben: Forscher des Paul Scherrer Instituts PSI und der Universität Konstanz haben neuartige Magnetbänder untersucht und gezeigt, dass sie nicht nur sehr hohe Speicherdichten, sondern auch viel schnellere Zugriffszeiten als heutige Speichermedien zulassen. Leiter der Studie war Mathias Kläui, der am 1. April eine von der ETH Lausanne und dem PSI gemeinsam finanzierte Professur antritt.
Neutronen, Synchrotronlicht und Myonen sind für Forschende vieler Disziplinen äusserst nützlich. Mit diesen Sonden lässt sich der Aufbau von Kristallen entschlüsseln, sie helfen beim Verständnis magnetischer Vorgänge oder klären Strukturen biologischer Materialien auf. Gleichzeitig ist es mit einem so grossen Aufwand verbunden, diese Sonden zu erzeugen, dass die meisten Forschergruppen am eigenen Institut keine Neutronen-, Myonen- oder Synchrotronlichtquelle vorfinden werden.
Ein neues Mikroskop an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des Paul Scherrer Instituts wird es möglich machen, den Aufbau von Materialien mit bisher unerreichter Auflösung darzustellen. Dazu werden Forschende einzelne Bereiche in einem Material betrachten, die nur wenige Nanometer (millionstel Millimeter) gross sind, und für jeden dieser Bereiche bestimmen, welche chemischen Elemente darin enthalten sind.
Forschenden ist es erstmals gelungen, dünne Schichten mit steuerbaren elektronischen Eigenschaften herzustellen. Diese Entdeckung könnte für zukünftige Anwendungen in der Sensorik und der Computertechnologie von grosser Bedeutung sein. Die Arbeiten wurden im Wissenschaftsmagazin Science veröffentlicht.
Publikation in Nature Materials.Ergebnisse vom Paul Scherrer Institut stellen gängige Theorien der Hochtemperatursupraleitung in Frage.
Publikation in Nature Materials. Forscher der Universität Freiburg und des Paul Scherrer Instituts PSI entdecken neue Form der Koexistenz zwischen Supraleitung und Magnetismus. Ferromagnetismus und Supraleitung vertragen sich eigentlich nicht. Über diese neue Variante im Wettstreit zwischen der Supraleitung und dem Ferromagnetismus berichten sie ab Montag, 16. Februar 2009 in der Online-Ausgabe des Wissenschafts-Journals Nature Materials.
Publikation in Online-Ausgabe von Science. Röntgenblitze am Paul Scherrer Institut zeigen, wie sich Moleküle während des Ablaufs einer chemischen Reaktion verändern.
Publikation in der Online-Ausgabe von Nature. Ein Forscherteam unter der Leitung von Alan Drew (Univ. Freiburg, Schweiz und Queen Mary College, London, England) und Elvezio Morenzoni (Paul Scherrer Institut, Villigen, Schweiz) hat als erstes im Detail die magnetischen Vorgänge in einem Lesekopf – ähnlich dem, der Daten von der Festplatte eines Computers liest – verfolgt.