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Materie und Material
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Wie kann es sein, dass zwei Materialien, die keinen Strom leiten, eine elektrisch leitende Schicht bilden, wenn man sie miteinander verbindet? Seit Entdeckung dieses Effekts 2004 haben Forschende verschiedene Ansätze entwickelt, um diese Frage zu beantworten. Nun hat ein internationales Team unter der Leitung von Forschenden des Paul Scherrer Instituts die Kontroverse wohl entschieden.
Physiker eines internationalen Forschungsteams konnten am PSI beobachten, wie sich Eigenschaften eines Elektrons von diesem Elektron abtrennen. So entstanden zwei voneinander getrennte Teilchen, die jeweils eine bestimmte Eigenschaft des Elektrons tragen und sich unabhängig voneinander im Ursprungsmaterial, in dem sie erzeugt wurden, frei bewegen können.
Forscher am Paul Scherrer Institut finden heraus, wie lange der Aufbau von Magnetismus in einem Metall dauert und wie der Vorgang abläuft Wenn die Metalllegierung Eisen-Rhodium magnetisiert wird, dauert dieser Prozess deutlich länger als der gegenläufige Vorgang der Entmagnetisierung. Diese Erkenntnis haben Forscher des Paul Scherrer Instituts zusammen mit einem internationalen Forscherteam gewonnen. Die Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung sind relevant für die Computerindustrie: Sie zeigen, welche Prozesse die Eigenschaften magnetischer Datenspeicherung begrenzen und wo es Potential für Verbesserung gibt.
Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Weg aufgezeigt, um Daten auf magnetischen Medien zu speichern. Dabei verwenden die Forschenden kein externes Magnetfeld, sondern setzten stattdessen einen Hitzepuls ein. Diese Methode könnte die Speicherung von mehreren Tausend Gigabyte pro Sekunde erlauben. Das Verfahren wäre viele hundert mal schneller als Technologien, die in heutigen Festplatten genutzt werden und hat das Potenzial, deutlich weniger Energie zu verbrauchen. Mit dem Einsatz moderner lithografischer Verfahren und hochmoderner Röntgenmikrokopie haben Forschende des Paul Scherrer Instituts wesentlich zu dem Ergebnis beigetragen.
Ein Team unter der Leitung von Forschern des Paul Scherrer Instituts hat mit Experimenten am amerikanischen Röntgenlaser LCLS erstmals genau verfolgen können wie sich die magnetische Struktur eines Materials verändert. Die Strukturänderung wurde durch einen Laserblitz angestossen und mit Hilfe kurzer Röntgenpulse untersucht. So zeigte es sich, dass sich die Struktur erst 400 Femtosekunden nach dem Laserblitz zu verändern begann Für die Forscher des PSI ist dies ein wichtiger Meilenstein. Denn solche Untersuchungen sollen auch einen Forschungsschwerpunkt am geplanten Schweizer Röntgenlaser SwissFEL des Paul Scherrer Instituts darstellen.
Zwei Experimente mit massgeblicher Beteiligung von Forschern des Paul Scherrer Instituts PSI liefern wichtige Ergebnisse bei der Suche nach der richtigen Beschreibung der Welt der kleinsten Teilchen. In den Experimenten haben die Physiker nach sehr seltenen Teilchenzerfällen gesucht. In beiden Fällen konnte der gesuchte Zerfall nicht beobachtet werden wodurch bestimmte Modelle der Teilchenphysik ausgeschlossen werden konnten.
Mauro Dell’Ambrogio, Staatssekretär für Bildung und Forschung unterzeichnete heute die Absichtserklärung der Schweiz, sich an der neuen europäischen Neutronenquelle ESS (European Spallation Source) zu beteiligen. Darin bekennt sich die Schweiz zu dem Ziel, die ESS in Lund (Südschweden) zu bauen und verpflichtet sich, am Konzept mitzuarbeiten, in dem der endgültige Plan für die Anlage festgelegt wird. Kurz nach Fertigstellung des Konzepts im Frühjahr 2013 soll die Entscheidung für den Bau der ESS fallen. Die Schweizer Beiträge zur Entwicklung der Anlage werden durch das Paul Scherrer Institut, das langjährige Erfahrung in der Forschung mit Neutronen hat, sowie durch Schweizer Universitäten und die Schweizer Industrie erbracht.
Mit einem Festakt hat das Paul Scherrer Institut (PSI) in Villigen (AG) heute an das zehnjährige Bestehen ihrer bedeutendsten Grossforschungsanlage erinnert. Seit der Inbetriebnahme im Sommer 2001 haben Tausende von Forschern aus Hochschule und Industrie an der Synchroton Lichtquelle Schweiz (SLS) qualitativ hochwertige Experimente durchgeführt. Ihre Forschung mündete in über 2000 wissenschaftlichen Publikationen und brachte darüber hinaus einen Nobelpreis sowie eine Vielzahl industrieller Anwendungen hervor.
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.