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Materie
Graphen besteht aus einer einzigen Lage wabenförmig angeordneter Kohlenstoffatome, ist aber zugfester als Stahl, fast durchsichtig, elektrisch leitend und vielfältig nutzbar.
Physik hinter den Dingen
Auf offenem Meer folgen die Wellen immer der Windrichtung. An der Küste beobachtet man aber Wellen, die parallel zum Ufer laufen. Warum?
Wie Turbulenz entsteht, versuchen Forscher bereits seit dem Ende des 19. Jahrhunderts herauszufinden. Erst jetzt werden die Details allmählich klarer.
Metalle sind extrem vielseitig. Sie leiten Strom und Wärme, sind bei Raumtemperatur entweder hochfest oder weich wie Butter. Metalle sind mit Abstand die häufigsten Elemente des Periodensystems.
Turbulenz hilft bei der Planetenentstehung, mischt im Zylinder eines Motors Kraftstoff und Luft, erhöht aber auch den Energiebedarf von Pumpen, die Öl durch Pipelines pressen.
Metamaterialien sind künstlich hergestellte Werkstoffe mit optischen, elektrischen oder magnetischen Eigenschaften, die in der Natur nicht vorkommen.
Die Erfindung des Transistors 1947 und der Kunstgriff der Dotierung brachten den Durchbruch für die Halbleiterindustrie.
Einige Materialien zeigen keinen elektrischen Widerstand mehr, wenn man sie unterhalb einer bestimmten Temperatur abkühlt. Aus vielen Bereichen der Forschung ist diese sogenannte Supraleitung nicht mehr wegzudenken.
Leben
Extrem wasser- und blutabweisende Oberflächen erlauben vielfältige Anwendungen – von selbstreinigenden Solarzellen, die Licht besonders effizient sammeln, bis hin zu leistungsfähigeren Herz-Lungen-Maschinen.
Ein nicht unerheblicher Teil der von uns genutzten Energie geht in Form von Wärme verloren. Thermoelektrische Materialien könnten diese Verlustwärme in Strom umwandeln und dadurch wieder nutzbare Energie erzeugen.
Biologen vertrauen seit langem auf den Blick durch Lichtmikroskope. Physiker entwickeln immer bessere Methoden, um das Auflösungsvermögen weiter zu erhöhen.
Neutronen werden verwendet, um Struktur und Eigenschaften von Materialien aufzuklären.
Um die Geheimnisse der Stoffe zu enthüllen, müssen große Maschinen und Geräte gebaut werden, die mit den Methoden der Streuung von Licht oder Teilchen arbeiten.
Rastersondenmikroskope gewähren uns einen Einblick in die Welt der Atome und Moleküle. Sie können dort zwar auch nicht „sehen“, aber sie tasten sich durch den Nanokosmos.
In der Spintronik zeigen Elektronen, dass sie für weit mehr verwendet werden können als nur für Elektronik, nämlich wenn ihr Spin genutzt wird.
Der Magnetismus bildet unter anderem die Grundlage von Festplattenspeichern in der Computertechnik und macht Untersuchungen mit Kernspintomografie möglich.
Da sich sowohl die anorganische als auch die organische Materie aus den gleichen Bausteinen zusammensetzt, treffen in der Nanowelt die Fachbereiche Physik, Biologie und Chemie aufeinander.
Ob metallischer Glanz, Rost oder Reibung – die obersten Atomschichten einer Substanz bestimmen wesentlich, wie sie aussieht, wie sie reagiert und wozu sie alles nützlich sein kann.
Die Untersuchung einer neuen Klasse von Hochtemperatursupraleitern mit Synchrotronstrahlung bei hohen Drücken bestätigt die theoretischen Vorhersagen.
Bis heute wurde das Elektronenmikroskop stetig weiter entwickelt und ist ein wertvolles Instrument zur Untersuchung der Materie.
Forschung – gefördert vom BMBF
Dieser Forschungsbereich umfasst unter anderem Analysen der Struktur und Dynamik von Festkörpern sowie den Aufbau und das Verhalten von Makromolekülen.
Neutronen sind eine außergewöhnliche Sonde, mit der kondensierte Materie untersucht werden kann.
Festkörper und Flüssigkeiten, Gase und Plasmen, Halb- und Supraleiter, Gläser und Magnete – die Festkörperphysik versucht Antworten zu finden, wie es zu dieser Fülle an Materieformen kommt.
Die Nanotechnologie befasst sich mit Details, die nur Millionstel Millimeter groß sind. Rastersondenmikroskope gewähren uns einen Einblick in diese Welt.
Viele interessante Eigenschaften von Festkörpern tauchen erst dann auf, wenn die ideale Kristallstruktur mit geringen Mengen bestimmter Fremdsubstanzen gestört wird.
Nano-Optik umfasst optische Methoden, mit denen sich einzelne Nanoteilchen und Nanostrukturen herstellen, untersuchen und manipulieren lassen.
Magnetische Materialien sind technisch seit langem von großer Bedeutung. Dabei müssen die magnetischen Eigenschaften je nach Anwendung unterschiedlich sein.
Der Magnetismus begegnet uns in vielen Naturphänomenen und technischen Anwendungen, angefangen vom Erdmagnetfeld bis hin zu den Hochtemperatursupraleitern.
Ein ferromagnetisches Metall ist in Bereiche unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung aufgeteilt. Im Nanobereich herrscht eine kohärente Spinstruktur vor.
In eindimensionalen Elektronensystemen ist die Bewegung der Elektronen auf eine Raumrichtung eingeschränkt. Bei tiefen Temperaturen verlieren die Elektronen ihre „Identität“.
Bilder, die Jülicher Wissenschaftler aufgenommen haben, eröffnen faszinierende Einblicke in den Mikrokosmos, etwa wie Atome auf Halbleiteroberflächen Inseln bilden.
Bleiben einzelne Plätze in einem Kristall leer oder nehmen Fremdatome die Plätze ein, so verändern sich die elektrischen Eigenschaften eines Halbleiters.
Wie sieht der Magnetspin eigentlich aus? Mit speziellen Rastertunnelmikroskopen werfen Hamburger Physiker einen Blick auf den Magnetismus auf atomarer Ebene.
Der sogenannte Magneto-Resistance-Effekt (TMR-Effekt) kann möglicherweise zur Herstellung neuartiger Speicherchips führen.
Mit ausgeklügelten mathematischen und technischen Methoden gelingt es, immer schärfere Einblicke in Kristallstrukturen zu erhalten.
Mit Rastertunnelmikroskopen können Korrosionsprozesse auf molekularer Ebene beobachtet werden. Chemische und physikalische Prozesse an den Oberflächen von Metallen und Halbleitern lassen sich damit genau untersuchen und darauf für neue Anwendungen…
Bei der Spin-Elektronik sollen nicht nur die elektrische Ladung, sondern auch die Eigenrotation (Spin) von Elektronen und Atomkernen zur Verarbeitung und Kodierung von Informationen verwendet werden.
Wissenschaftlern gelang es, die atomare Struktur von Quantenpunkten aus dem Halbleitermaterial Indiumarsenid zu entschlüsseln.
Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart haben erstmals nachgewiesen, dass Flüssigkeiten über eine fünfzählige innere Symmetrie verfügen. Dieses Ergebnis ist von grundlegender Bedeutung für das Verständnis der…
Das Rastertunnelmikroskop eignet sich nur zur Mikroskopie von elektrisch leitfähigen Materialien, wie Metallen und Halbleitern.
Das Prinzip eines Rasterkraftmikroskops ist denkbar einfach. Im einfachsten Fall liegt die Sonde auf der Probe wie die Nadel eines Schallplattenspielers auf einer Schallplatte.
Licht verhält sich im sogenannten Nahfeld einer Lichtquelle anders als im Fernfeld, welches wir ausschließlich wahrnehmen
Alle Keramiken sind spröde. Dieser Behauptung würde Dieter Brunner vom Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart vehement widersprechen.
Forschern ist es gelungen, konventionelle organische Moleküle und leitfähige Polymere zu Materialien aus winzigen Nanozylindern zu vereinen.
Die Spintronik hat so wichtige Entdeckungen wie den Riesenmagnetowiderstands-Effekt und das spin-abhängige quantenmechanische Tunneln von Elektronen hervorgebracht.
Die Datenspeicherung verlangt nach immer kleineren magnetischen Strukturen. Doch es reicht nicht, herkömmliche Technik einfach auf einen kleineren Maßstab zu übertragen.
Aufgrund der in Ferromagneten vorhandenen „Austauschwechselwirkung“ unterscheidet sich die Energie von Elektronen mit verschiedenen Spin-Richtungen.
Stefan Hell wurde für die Entwicklung der STED-Mikroskopie mit dem Nobelpreis für Chemie 2014 ausgezeichnet.
Optische Mikroskope erreichten vor hundert Jahren ihre größtmögliche Auflösung, wurden später aber in vielfältiger Weise weiterentwickelt.
Mithilfe kurzwelliger Elektronenstrahlen können die Wissenschaftler direkt verfolgen, was in Kristallgittern beim Abkühlen oder Erhitzen, Stauchen oder Dehnen einer Materialprobe vor sich geht.
Vier Fünftel aller modernen Chemikalien entstehen mithilfe spezieller Katalysatoren. Belgische Chemiker beobachten nun die Reaktionen auf diesen Arbeitspferden der chemischen Industrie.
Sehr harte Keramik, die auch bei Druck nicht zerbröselt - danach suchen viele Materialforscher. Einem US-Team ist die Herstellung jetzt auf einfachem Wege gelungen, nachdem es sich das Prinzip bei Muscheln und Meerwasser abgeschaut hat.
Chiphersteller fürchten das Ende der Siliziumära für ihre leistungsstarken Prozessoren. Quanteneffekte und eingefangene Elektronen könnten schon in wenigen Jahren zuverlässige Schaltvorgänge der Nanometer kleinen Transistoren empfindlich stören.…
Bund fördert Forschungen für die Sicherheit in der Nanotechnologie mit über sieben Millionen Euro
Tausende von Elektronen müssen sich heute in den kleinsten Transistoren in Bewegung setzen, um jeweils ein einziges Bit zu schalten. Lässt sich diese Anzahl reduzieren, locken schnellere Schaltkreise mit einem stark verringertem Stromverbrauch.…
Winzige Quantenpunkte weisen einen Weg auf, zukünftige Computerchips noch schneller und ihre Strukturen noch kleiner zu gestalten.
4.000 Fachleute diskutieren über Nanodrähte, Biomoleküle und La-Ola-Wellen
Schnee scheint luftig und leicht zu sein – und doch kann Schnee in größeren Mengen sogar Hochspannungsmasten knicken und Hallendächer zum Einsturz bringen.
Surrende Lüfter und Kühlrippen verhindern heute ein zerstörerisches Aufheizen von schnell getakteten Prozessoren. Aber auf der Wunschliste der Chiphersteller stehen sowohl leisere als auch Platz sparende Alternativen für eine effektive Kühlung.…
Auf der Erde ist es heißer als im Inneren jedes bekannten Sterns: mehr als zwei bis drei Milliarden Grad Kelvin. Diesen Rekord, wenn auch nur für Bruchteile einer Sekunde, erzielten kürzlich Techniker des Sandia National Laboratory mit der so…
Fußbälle können sich entlang einer gekrümmten Bahn bewegen, wenn sie nur richtig angeschnitten werden. Dahinter steckt der Magnus-Effekt und jede Menge Physik.
Flexible und günstige Computerchips, Solarmodule und rollbares, elektronisches Papier verlangen nach halbleitenden Kunststoffen. Mit einer bisher unerreichten Beweglichkeit der Ladungsträger bereichert nun ein neues Polymer die Palette der…
Herkömmliche Zündstoffe sind schon ungesund, wenn man nur - ohne Explosion - mit ihnen hantiert. Der Bleigehalt der Explosiva in Sprengkappen, Raketen, aber auch Pistolengeschossen belastet den Körper ebenso wie die Umwelt. Jetzt präsentieren…
Winzige Nanoröhrchen aus Kohlenstoff glänzen mit hervorragenden elektronischen Eigenschaften und bieten sich als Nachfolger von Silizium für leistungsfähige Computerchips an. Doch konnten Wissenschaftler bisher nur einzelne Transistoren mühsam aus…
Amerikanischen Forschern ist es gelungen, Hochtemperatur-Supraleiter zu entwickeln, die auch in der Umgebung starker Magnetfelder funktionieren. Dies könnte einen Durchbruch in der kommerziellen Anwendung der Supraleitung bedeuten.
Organische Leuchtdioden (OLED) haben das Potenzial, in Zukunft herkömmliche Glühlampen abzulösen. In günstigen Produktionsprozessen lassen sich aus ihnen nicht nur zu punktförmigen Lichtquellen, sondern auch leuchtende, flexible und große Flächen…
Ein Jahr ist es alt, das erste "Fahrzeug", das aus nur einem einzigen Molekül besteht. Jetzt haben texanische Forscher diesem Nano-Auto einen Motor eingebaut: Fällt Licht darauf, so dreht er sich und treibt das Nano-Fahrzeug vorwärts.
Schrumpfen die Strukturen auf modernen Computerchips schon auf Maße unter 65 millionstel Millimeter, suchen Forscher intensiv nach noch kleineren Bauteilen. Ein winziges Modul auf der Basis einer Farbstoff-Solarzelle kann hierfür als lichtgesteuerter…
Das europäische Patentamt und die europäische Kommission zeichnen Professor Peter Grünberg mit dem Preis "Europäischer Erfinder des Jahres" aus. Sie würdigen damit seine Entdeckung des Riesenmagnetowiderstands.
Der deutsche Physiker Michael Banks vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart hat eine einfache und dennoch aussagekräftige Ranking-Methode entwickelt, um aktuelle Trends in der Physik aufzuspüren. Ganz oben stehen derzeit…
Wenige Wochen vor dem Start der Fußball-Weltmeisterschaft erreicht die Begeisterung auch deutsche Physiklabore. So erschufen Forscher der Technischen Universität Chemnitz das vermutlich kleinste Fußballfeld der Welt.
Kohlendioxid als Klimaschädling ist viel diskutiert, Kohlendioxid als harter, durchsichtiger Festkörper ist neu: Italienische Forscher verwandelten das Gas unter hohem Druck zu einer Art Glas. Zuvor war das nur in Computersimulationen gelungen.
Deutsche Forschungsgemeinschaft genehmigt 2,5 Mio. Euro-Forschungsprojekt - Forscher der TU Dresden entwickeln neue Nano- und Biotechnologien
Abermilliarden von Datenbits sausen jede Sekunde durch Glasfaserkabel rund um den Erdball. Diese schnelle Informationsübertragung soll in Zukunft auch Rechenchips aus photonischen Kristallen enorm beschleunigen.
Die flexible Stärke von Spinnenseide konnte ein amerikanisch-britisches Forscherteam elegant mit der harten Struktur und Stabilität von Kieselalgen in einem neuen Werkstoff vereinen
Erstmals lassen sich Halbleiter-Nanoröhrchen in größeren Mengen automatisch nach ihrem Durchmesser sortieren.
Nachwuchsforscher aus aller Welt trafen sich zum Wettbewerb in Bratislava
Reibung und Abrieb treten in allen Maschinen und bewegten Teile auf. Die Kosten für Schmiermittel und Verschleiß bewegen sich weltweit fast im Billionen-Euro-Bereich. Zwei Forscherteams entwickelten nun Messmethoden, wie sich Reibungseffekte auf…
Hochstabil, flexibel und elektrisch leitend: US-Physiker kombinierten extrem dünne Schichten aus Kohlenstoff - Graphene genannt - mit Kunststoffen zu einem neuen Kompositmaterial.
Zu Milliarden liegen sie in Flussbetten, Stränden und Kiesgruben. So sehr sich all diese meist flachen Kieselsteine ähneln, sind sie doch immer unterschiedlich. Französische und amerikanische Forscher gingen nun der Formgebung der Steine genauer auf…
Schon vor knapp vier Jahrzehnten wurden sie theoretisch vorhergesagt. Aber erst in diesen Jahren entwickeln Physiker immer mehr nanostrukturierte Metamaterialien, die die Gesetze der Optik auf den Kopf stellen.
Während Politiker sich streiten, wo nuklearer Restmüll auf Jahrtausende sicher zu lagern wäre, schlagen Bochumer Forscher vor, den radioaktiven Abbau über einen künstlich eingeleiteten Fusionsprozess auf wenige Jahrzehnte zu verkürzen.
Die Bewahrung des kulturellen Erbes hat in den letzten Jahren einen zunehmenden Stellenwert in Politik und Gesellschaft erfahren – sogar Neutronen helfen dabei.
Ob Solarzelle oder Photodiode: Licht beeinflusst Materie auf vielerlei Weise und führt zu Änderungen in der elektronischen Struktur. Wie einfallendes Licht die Atome in einem Kristallgitter zum Wackeln bringt, konnten nun britische Forscher direkt…
Vor dem Hintergrund der vereitelten Anschläge in Großbritannien, werden Flughäfen mit hochempfindlichen Sprengstoff-Detektoren aufrüsten. Doch auch die Gefahr von geschickt getarnten Biowaffen bleibt. Eine schnelle und zuverlässige Analysemethode…
Winzige Tropfen vereinigen sich ununterbrochen. Es geschieht, wenn Regentropfen über ein Blatt rinnen, sich flüssiger Lack zu einer geschlossenen Schicht vereint oder sich Chemikalien in einem Reaktionsgefäß vermischen.
Wer weiß, wie schwer ein Teilchen ist, weiß auch meistens, woraus es genau besteht. Waagen sind daher wichtige Analyse-Werkzeuge. Amerikanischen Forschern gelang es nun, mit winzigen Nanoröhrchen aus Kohlenstoff einzelne Eisenpartikel auf ein…
Mehr Geld für Spitzenforschung und Nachwuchsförderung
Selbstreinigende Oberflächen sind keine Zukunftsmusik mehr. Nachdem 1997 Wilhelm Barthlott von der Universität Bonn erstmals über den Lotuseffekt von nanostrukturierten Beschichtungen berichtete, werden mittlerweile zahlreiche Farben und Lacke mit…
Nur durch eine wirkungsvolle Abwehr elektronischer Viren können Computer einwandfrei funktionieren. Doch Viren könnten in Zukunft die Schaltgeschwindigkeiten von Speicherchips deutlich erhöhen.
Der Blitz erzeugt einen Blitzkanal, in dem innerhalb von Millionstel Sekunden extrem hohe Temperaturen entstehen. Dadurch wird die Luft zu einer explosionsartigen Ausdehnung gebracht.
Eis ist nicht gleich Eis. Unter hohen Drücken können sich Wassermoleküle zu mehr als 15 verschiedenen festen Formen zusammenlagern. Amerikanische Forscher entdeckten nun eine weitere, bisher unbekannte Struktur.
BMBF fördert elf Nachwuchsgruppen mit 16 Millionen Euro
Erst 1991 wurden Nanoröhren aus Kohlenstoff entdeckt und gelten als vielversprechender Werkstoff für hochfeste Materialien und neue Computerchips. Doch diese Röhrchen existieren schon viele Jahrhunderte länger. So fanden deutsche Forscher das…
Dinge sind schwarz, wenn sie kaum einen Lichtstrahl reflektieren. Jetzt präsentieren US-Forscher eine Methode, jede Metalloberfläche per Laser ultraschwarz zu machen: Ihre extrem kurzen Laserstöße verursachen winzige Grate und Furchen, die so gut wie…
In die Millionen reichen die Gebote, sollte mal eine echte Stradivari auf einer Auktion unter den Hammer kommen. Virtuosen schätzen die rund 300 Jahre alten Instrumente wegen ihres noch heute unerreichten Klanges. Materialforscher gehen diesem…
Sie brechen das Licht in die "falsche" Richtung und lassen Objekte unsichtbar werden: Metamaterialien stoßen auf immer größeres Interesse bei den Wissenschaftlern.
Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG vergibt den höchsten deutschen Forschungspreis 2007 an den Leiter des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg und Halle.
Viele dünne Schichten isolieren besser als eine dicke. In Wintermonaten hält dieses Zwiebelschalenprinzip mit Kleidern warm und amerikanische Chemiker führte es nun zu dem besten festen Wärmeisolator, der jemals entdeckt wurde.
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Quelle: https://www.weltderphysik.de/service/suche/
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