Aktualitäten 2020

Durch moderne Technik ist es heutzutage möglich, Strukturen im Größenbereich von wenigen Nanometern herzustellen. Diese Welt der kleinsten Teilchen - auch Quantensysteme genannt - finden vielfältige technologische Anwendung; unter anderem in der Magnetfeld-Sensorik, der Informationsverarbeitung, der sicheren Kommunikation oder in ultragenauen Uhren.

Physiker der Universität Göttingen untersuchen mit Computersimulationen Partikelveränderungen Das Altern ist ein Prozess, der nicht nur Lebewesen betrifft. Auch viele Materialien, wie Kunststoffe und Gläser, altern. Sie verändern sich langsam mit der Zeit, da ihre Partikel versuchen, sich stärker zu verdichten.

Forschungsteam aus Jena und Cambridge entwickelt Glaswerkstoffe mit neuartigen Eigenschaftskombinationen Light Verbundstoffe aus organischen und anorganischen Materialien sind in der Natur häufig zu finden. Beispielsweise bestehen Knochen aus dem organischen Strukturprotein Kollagen und dem anorganischen Mineral Apatit.

Das Material, aus dem die Sonne und der Rest des Sonnensystems bestehen, stammt aus dem Kollaps einer großen Gasund Staubwolke. Astronomische Beobachtungen junger Sternobjekte legen nahe, dass es rund ein bis zwei Millionen Jahre dauert, bis eine Wolke zu einem Stern kollabiert und sich dadurch ein Sternsystem bildet.

Eine hohe Lebensdauer, geringe Kosten sowie eine hohe Nachhaltigkeit - die Anforderungen an stationäre Energiespeicher, beispielsweise für Windoder Solarenergie, sind hoch. Ein vielversprechender Hoffnungsträger ist die noch junge Dual-Ionen-Technologie. In einer Kooperation des Pacific Northwest National Laboratory mit Beteiligung des MEET Batterieforschungszentrums entwickelten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun eine neuartige Dual-Ionen-Batterie.

Forscher des Exzellenzclusters -3D Matter Made to Order- erweitern Möglichkeiten des dreidimensionalen Drucks kleinster Mikrostrukturen Einen neuartigen Fotolack für den Zwei-Photonen-Mikrodruck haben Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Heidelberg im Rahmen des gemeinsamen Exzellenzclusters -3D Matter Made to Order- entwickelt.

Wechselwirkung zwischen Licht und der 2-D-Metallschicht: Die Messdaten dieser Wechselwirkung (für Gallium und Indium) in Abhängigkeit der Lichtenergie lassen sich an der Grafik ablesen. Es gibt viele Materialien, die faszinierende Eigenschaften haben. Sogenannte 2-D-Materialien, wie zum Beispiel Graphen, sind seit über 100 Jahren bekannt und ein hoch-aktueller Gegenstand der Grundlagenforschung.

IM30 löst bei Stress seine komplexe Ringstruktur auf und entfaltet sich als schützender Teppich auf der Membranoberfläche - Oberflächenstruktur erstmals beobachtet Stress ist auf allen Ebenen zu finden und selbst Bakterien und Pflanzenzellen müssen sich dagegen zur Wehr setzen. Sie erzeugen dann vermehrt bestimmte Proteine, aber wie die Abwehr genau funktioniert, ist oft noch unbekannt.

Physiker und Chemiker der Universität Jena funktionalisieren optische Fasern mit 2D-Materialien Light Spätestens seitdem der Physik-Nobelpreis 2010 für die Erforschung von Graphen verliehen wurde, stehen 2D-Materialien im Fokus der Wissenschaft. Denn diese Stof­fe, die nur aus einer Lage von Atomen bestehen, bieten aufgrund ihrer geringen Dicke und viel­seitigen Eigenschaften großes Potenzial für Anwendungen auf ganz unterschiedlichen Gebieten.

Siliziumchip (ca. 3 mm x 6 mm) mit mehreren Detektoren. Die feinen schwarzen Gravuren auf der Oberfläche des Chips sind die optischen Schaltkreise, die die Detektoren miteinander verbinden (mit bloßem Auge nicht sichtbar). Im Hintergrund eine größere optische Schaltung auf einem Siliziumplättchen.

Forschungsteam von Leibniz-IPHT und Universität Jena stellt neuartigen Ansatz vor Light Die Energie aus der Sonne so effizient zu nutzen und in chemische Energie umzuwandeln wie es die Natur macht, könnte den weltweiten CO2-Ausstoß drastisch verringern. Ein Forschungsteam des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) und der Friedrich-Schiller-Universität Jena ist dieser Vision nun einen Schritt näher gekommen.

Forstwissenschaftler entwickeln für den 3-D-Druck neuartige Materialien auf Holzbasis Eine zähflüssige Biopaste, die sich gut verarbeiten lässt, schnell verfestigt und dafür eignet, selbst komplexe Strukturen im 3-D-Druck-Verfahren herzustellen: Ein Forschungsteam um Marie-Pierre Laborie von der Professur für Forstliche Biomaterialien der Universität Freiburg hat einen biologisch abbaubaren Kunststoff entwickelt, der auf Holz basiert und perspektivisch Anwendungsmöglichkeiten beispielsweise im Leichtbau eröffnet.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Freien Universität Berlin, der Universität Hamburg und der Bundesuniversität von Ceará in Brasilien haben gezeigt, dass Kristalle aus winzigen Goldkugeln Licht binden können. Mit einem solchen Material lasse sich Licht einfangen, oder es könnte in der Zukunft Grundlage für Computer sein, die mittels Licht rechnen.

Hochdruckpresse SAPHiR löst Rätsel des Sonnensystems Meteoriten ermöglichen uns Einblicke in die frühe Entwicklung des Sonnensystems. Mithilfe des Instruments SAPHiR der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der Technischen Universität München (TUM) ist es einem Wissenschaftsteam erstmals gelungen, die Entstehung von Stein-Eisen Meteoriten, sogenannten Pallasiten, vollständig experimentell zu simulieren.

Werden ultrafeine magnetische Partikel einem von außen einwirkenden Magnetfeld ausgesetzt, wächst ihr magnetischer Kern in bisher unerwarteter Weise. Das hat ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universität zu Köln, des Forschungszentrums Jülich und des Instituts Laue-Langevin in Grenoble, Frankreich, durch Untersuchungen mit Neutronenstreuung gezeigt.

Der Zufall schlägt auch in der Wissenschaft gelegentlich die verrücktesten Kapriolen. Ein Hausbesitzer stößt 1989 beim Ausheben eines Kabelgrabens auf seinem Grundstück im schwäbischen Blaubeuren mit dem Spaten auf einen Stein von 28 mal 25 mal 20 Zentimeter Größe. Aus einem halben Meter Tiefe lupft er ihn an die Oberfläche, der Stein kommt ihm dabei ungewöhnlich schwer vor.

Für den erfolgreichen Batteriebetrieb unabdingbar und gleichzeitig eine analytische Herausforderung ist die Solid Electrolyte Interphase (SEI), die auf der negativen Elektrode von Lithium-Ionenwie auch Lithium-Metall-Batterien entsteht und über die Zeit wächst. Ihre Analyse war bislang nur eingeschränkt möglich; Erkenntnisse über ihre Bildung, Zusammensetzung, Wachstum oder Reaktionen unvollständig.

Sie gilt als eine der Schlüsseltechnologien für Hochleistungsbatterien der Zukunft: die Lithium-Metall-Batterie (LMB). Aufgebaut zum Beispiel als Festkörperbatterie mit polymerem Elektrolyten verspricht sie eine signifikant höhere Energiedichte als die aktuell gängige Lithium-Ionen-Batterie (LIB). Doch für den endgültigen kommerziellen Durchbruch ist sie noch nicht vollständig ausgereift und kommt deshalb aktuell nur von wenigen Pilotprojekten zum Einsatz.

Solarzellen auf Basis von Perowskitverbindungen könnten die Stromgewinnung aus Sonnenlicht bald noch effizienter und günstiger machen. Bereits heute übersteigt die Effizienz dieser Perowskit-Solarzellen im Labor die der gängigen Solarzellen aus Silizium. Ein internationales Team um Stefan Weber vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz hat nun mikroskopische Strukturen in Perowskit-Kristallen gefunden, die den Ladungstransport in der Solarzelle lenken können.

Neue Studie zur Erforschung von Supraleitern veröffentlicht   In den letzten Jahren wurden zweidimensionale Quantenmaterialien zu einer Plattform für die Realisierung neuartiger korrelierter und topologischer Phasen der Materie. Ein internationales Forscherteam veröffentlichte unter Beteiligung von RWTH-Professor Dante Kennes vom Lehrund Forschungsgebiet Theoretische Physik der kondensierten Materie eine Studie zum Thema "Correlated electronic phases in twisted bilayer transition metal dichalcogenides".