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Materie
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…
Teilchen
In Halbleitern wird der Fluss von Elektronen mit kleinen Schaltspannungen gezielt gelenkt und geregelt. Für Licht können photonische Kristalle diese Steuerung übernehmen.
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…
Technik
Kein Staubkorn darf bei der Produktion von Bildchips für Digitalkameras und hochempfindlichen Lichtsensoren auf die feinen Halbleiterstrukturen aus kristallinem Silizium gelangen. Extrem saubere Bedingungen in Hochreinprozessen garantieren, dass sich…
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…
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.
Leben
Im Prinzip ist es möglich, nicht nur Spermien und Embryonen, sondern ganze Organe und ausgewachsene Menschen schadlos einzufrieren und wieder aufzutauen -- so berichtet ein finnischer Forscher. Bisher gehörte dieses Szenario in den…
Erde
Richteten sich Flugpläne nach dem Klimaschutz, würden die Jets nur noch bei Tageslicht zwischen den Kontinenten verkehren. Denn nach einer aktuellen Studie, die britische Forscher in der Zeitschrift "Nature" veröffentlichten, bilden sich nachts…
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.
Aktuelle Foto-Handys trumpfen mit immer leistungsfähigeren Megapixel-Bildchips auf. Doch für gute Fotos mangelt es an leistungsfähigen Objektiven, die sich in die kleinen Gehäuse integrieren lassen. Statt starre Kunststoff- und Glaslinsen in eine…
Der Stromverbrauch im Auto steigt stetig. Selbst im Stand wollen viele Fahrer nicht auf Bordcomputer, Klimaanlage und Hifi-System verzichten. Dadurch wird ohne laufenden Motor die Autobatterie schnell überfordert. Amerikanische Wissenschaftler setzen…
Ob Armbanduhr oder Computerchip, Mobiltelefon oder Navigationssystem - für ihr inneres Timing und für die Abstimmung mit der Außenwelt enthalten alle einen schwingenden Quarzkristall. Nach dem integrierten Schaltkreis ist der Zeitgeber wohl das…
Strom aus Sonnenlicht ist heute um ein Vielfaches teurer als Elektrizität aus Kohle oder Kernkraft. Höhere Wirkungsgrade und geringere Produktionskosten für die Photovoltaik-Module sollen die Module jedoch konkurrenzfähig machen. Linsen und…
Enorme Hitze und gigantische Drücke herrschen im Innern von Planeten. Da Geophysiker mit Bohrungen nicht in diese Tiefen vordringen können, bleibt ihnen nur die Simulation im Labor oder am Rechner.
Hauchdünn verteilt kann Wasser als effektives Schmiermittel zwischen Oberflächen dienen. Doch zwischen millionstel Millimeter feinen Spitzen gehen die gleitenden Eigenschaften verloren, das Wasser gefriert selbst bei einer Raumtemperatur von etwa 20…
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…
Universum
Amerikanische Astronomen haben mit dem Weltraumteleskop Hubble den Durchmesser des "10. Planeten" 2003 UB313 neu vermessen: Sein Durchmesser beträgt demnach 2385 Kilometer und ist somit nur knapp größer als der 2274 Kilometer große Pluto.
Physik hinter den Dingen
Tagsüber erscheint der wolkenlose Himmel blau, abends jedoch orange bis rot. Das Geheimnis dahinter liegt in der Art, wie das Sonnenlicht in der Atmosphäre gestreut wird.
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…
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…
Es dauerte nur einen winzigen Sekundenbruchteil, bedeutete jedoch einen biologisch-technischen Riesenschritt: Erstmals simulierten Forscher in den USA einen gesamten biologischen Organismus im Zusammenspiel seiner Moleküle in Aktion, und erhielten…
Bei Sonnenfinsternissen schiebt sich der Mond zwischen Erde und Sonne und verdeckt diese teilweise oder sogar total.
Winzig, aber kraftvoll ist ein Molekül, das sich mit Hilfe von Licht und Wärme antreiben lässt und Objekte dreht, die bis 10.000-mal größer sind. Niederländische Forscher brachten diesen Nano-Motor in mehreren Schritten zu kompletten Drehungen.
Weltweit lassen Forscher die Muskeln spielen. Jedoch rein künstliche. Einen weiteren Fortschritt erzielten nun amerikanische Wissenschaftler. Sie entwickelten auf der Basis von Nanoröhrchen aus Kohlenstoff und Formgedächtnismetallen künstliche…
Der extrem intensive Röntgenstrahl von PETRA III garantiert exzellente Experimentiermöglichkeiten.
Werden leichte, geladene Teilchen durch ein Magnetfeld abgelenkt, senden sie tangential zur Bewegungsrichtung elektromagnetische Wellen aus - die Synchrotronstrahlung.
Laser
Atome können Licht aussenden – beispielsweise immer dann, wenn sie durch Stöße oder Licht mit zusätzlicher Energie versorgt wurden.
Bislang stehen Forschungsgruppen Schlange, wenn sie Atome, Moleküle oder Kristalle per hochenergetischer Röntgenstrahlung untersuchen wollen: Weltweit gibt es nur wenige der riesigen und teuren Synchrotron-Anlagen, die diese Strahlung produzieren.…
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.…
Schnee scheint luftig und leicht zu sein – und doch kann Schnee in größeren Mengen sogar Hochspannungsmasten knicken und Hallendächer zum Einsturz bringen.
Lithium-Ionen speisen Handys und Laptops über Stunden und Tage mit Strom. Doch an Geräte mit größerem Leistungshunger wie Elektroautos oder Werkzeuge geben diese Akkus ihren Saft nicht schnell genug ab. Amerikanische Wissenschaftler suchten daher…
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.…
Chaos und Ordnung
Wenn jemand mit Mathe-Talent über die Erde geht, kann er allenthalben Regelmäßigkeiten entdecken, die sich für eine mathematische Beschreibung anbieten.
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.
Vier Fünftel aller modernen Chemikalien entstehen mithilfe spezieller Katalysatoren. Belgische Chemiker beobachten nun die Reaktionen auf diesen Arbeitspferden der chemischen Industrie.
Bose-Einstein-Kondensate bestehen aus vielen hunderttausend Atomen. Mit einer solchen Atomwolke kann im Prinzip ein Quantencomputer hergestellt werden.
Mithilfe kurzwelliger Elektronenstrahlen können die Wissenschaftler direkt verfolgen, was in Kristallgittern beim Abkühlen oder Erhitzen, Stauchen oder Dehnen einer Materialprobe vor sich geht.
Die Röntgenblitze des European XFEL ermöglichen es, chemische Reaktionen mit atomarer Auflösung zu filmen, ebenso wie die Entstehung von Feststoffen.
Röntgenstrahlung eignet sich als Werkzeug und als Sonde für Nanostrukturen.
Ein Gebiet der Quantenoptik befasst sich damit, ultrakurze Laserpulse zu erzeugen. Forscherteams ist es gelungen, Pulse mit einer Dauer von wenigen Femtosekunden herzustellen.
Anhand von Streuversuchen untersuchen Physiker, wie ein Probenteilchen aussieht. Dabei wird ein Teilchen, das als Sonde fungiert, an der zu untersuchenden Probe gestreut.
Die Spintronik hat so wichtige Entdeckungen wie den Riesenmagnetowiderstands-Effekt und das spin-abhängige quantenmechanische Tunneln von Elektronen hervorgebracht.
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.
Wie man die ganze materielle Welt auf 92 Grundbausteine zurückgeführt hat, ist eines der spannendsten Kapitel in der Geschichte der Wissenschaft.
Das Rastertunnelmikroskop eignet sich nur zur Mikroskopie von elektrisch leitfähigen Materialien, wie Metallen und Halbleitern.
An den Experimenten ALICE, ATLAS, CMS und LHCb gehen Wissenschaftler offenen Fragen der Teilchenphysik nach.
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…
Hochtemperatur-Brennstoffzellen arbeiten bei Temperaturen bis zu 1000 Grad Celsius. Besonders geeignet sind solche Anlagen für kleine stationäre Kraftwerke.
Wissenschaftlern gelang es, die atomare Struktur von Quantenpunkten aus dem Halbleitermaterial Indiumarsenid zu entschlüsseln.
Metalle lassen sich mit vielfältigen Methoden bearbeiten, doch fehlt es bisher an Methoden, sie zuverlässig und in vertretbarer Rechenzeit im Computer nachzubilden.
Ultrakalte Gaswolken, deren Atome den gleichen „Quantenzustand“ besetzen, sogenannte Bose-Einstein-Kondensate, könnten die Entwicklung völlig neuer Technologien anstoßen.
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.
Der sogenannte Magneto-Resistance-Effekt (TMR-Effekt) kann möglicherweise zur Herstellung neuartiger Speicherchips führen.
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.
Die Wechselwirkungen zwischen Fusionsplasma und den Wänden des Reaktors können sowohl die Wände als auch das Plasma zerstören.
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…
Ein ferromagnetisches Metall ist in Bereiche unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung aufgeteilt. Im Nanobereich herrscht eine kohärente Spinstruktur vor.
Symmetrie
Fraktal heißen Objekte, bei denen das Ganze seinen Bestandteilen ähnelt: Darunter fallen Bäume und Kristalle, aber auch Ansammlungen von Galaxienhaufen.
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.
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.
Die Quantentheorie behauptet, dass der Zustand mikroskopischer Objekte vor einer Messung nicht nur nicht bekannt, sondern völlig unbestimmt ist.
Die Nanotechnologie befasst sich mit Details, die nur Millionstel Millimeter groß sind. Rastersondenmikroskope gewähren uns einen Einblick in diese Welt.
Quelle: https://www.weltderphysik.de/service/suche/
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