news 2018

Wenn man zwei ultradünne Materialschichten kombiniert, ergeben sich neue Möglichkeiten für die Quanten-Elektronik. Ein Forschungsteam mit TU-Beteiligung präsentiert flexibel steuerbare Quantensysteme. Zwei neuartige Materialien, die jeweils nur aus einer einzigen Schicht von Atomen bestehen, und dazu die Spitze eines Rastertunnelmikroskops - das sind die Zutaten, mit denen es nun gelungen ist, eine neue Art sogenannter ,,Quantenpunkte" herzustellen.

Wie kombiniert man verschiedene Elemente in einem Kristall? An der TU Wien wurde nun eine Methode entwickelt, bisher unerreichbar hohe Anteile von Fremdatomen in Kristalle einzubauen. Wer einen Kuchen bäckt, kann die Zutaten in fast beliebigem Mengenverhältnis zusammenfügen - sie werden sich immer mischen lassen.

WissenschafterInnen um den Biologen Simon Rittmann von der Universität Wien gingen der Frage nach, ob mikrobielles Leben, wie wir es von der Erde her kennen, auch auf anderen Himmelskörpern möglich ist - konkret auf dem Saturnmond Enceladus, der einen unterirdischen Wasserozean hat. Dazu verwendeten sie Mikroorganismen aus der Gruppe der Archaea, da diese Wasserstoff und Kohlendioxid verstoffwechseln sowie hohe Temperaturen und Druck aushalten können, wie sie auf Enceladus vermutet werden.

Ein neuartiger Materiezustand wurde mit TU Wien-Beteiligung nachgewiesen: Ein Elektron umkreist seinen Atomkern in großem Abstand, innerhalb dieser Bahn werden viele weitere Atome gebunden. Das Elektron (blau) kreist um den Atomkern (rot) und schließt auf seiner Bahn zahlreiche Atome des Bose-Einstein-Kondensats (grün) ein.

Wenn man lange genug wartet, sehen komplizierte Systeme wieder so aus wie am Anfang. An der TU Wien konnte das nun erstmals in einem Vielteilchen-Quantensystem gezeigt werden. In der klassischen Physik kann man sich die Poincarésche Wiederkehr durch die Bewegung von Kugeln in einer Box vorstellen. Auch wenn diese mit einem geordneten Zustand beginnt, wird sich dieser Zustand irgendwann wiederholen.

Information in einem Quantensystem abzuspeichern ist schwer, sie geht meist rasch verloren. An der TU Wien erzielte man nun ultralange Speicherzeiten mit winzigen Diamanten. Im nahezu perfekten Gitter gibt es Stellen an denen ein Kohlenstoffatom zwischen den benachbarten Atomen (weiß) fehlt und daneben ein Stickstoffatom (gelb) eingebaut ist.

Spektakuläre Elektronenmikroskop-Aufnahmen der TU Wien führen zu wichtigen Erkenntnissen: Chemische Reaktionen können in spiralartigen Multifrequenz-Wellen ablaufen und lokale Informationen über Katalysatoren liefern. Spiralförmige Wellen bilden sich auf der Rhodium-Folie. Sie liefern wichtige Information über die chemischen Eigenschaften der Oberfläche.

ForscherInnen gelingt die Steuerung der Quantenwechselwirkungen in realistischem Material Für Elektronik und Quantencomputer der Zukunft sind Materialien mit kontrollierbaren quantenmechanischen Eigenschaften von großer Bedeutung. Es ist jedoch eine große Herausforderung, realistische Materialien zu finden und zu entwickeln, die diese Effekte tatsächlich besitzen.

Dehnungen und Zerrungen können die Eigenschaften eines Materials drastisch verändern. An der TU Wien entwickelte man nun eine Methode, diese inneren Verbiegungen sichtbar zu machen. Wie ein Gummituch, das über ein Gerüst gebreitet wird, verbiegt sich auch die ultradünne Schicht auf atomarer Skala. Ein wichtiges Phänomen konnte allerdings bisher kaum präzise vermessen werden: Die extremen inneren Dehnungen und Stauchungen, die in solchen Materialien auftreten können und die ihre physikalischen Eigenschaften oft drastisch verändern.

Auf verblüffende Weise können sich Atome reorganisieren, wenn man einen Kristall entlang bestimmter Richtungen spaltet. An der TU Wien konnte das nun sichtbar gemacht werden. Das Team: Michele Reticcioli (Universität Wien), Jan Hulva, Ulrike Diebold, Martin Setvin, Michael Schmid (alle TU Wien), v.l.n.r.

Poröse Strukturen aus Siliziumcarbid kann man nun an der TU Wien herstellen. Das bringt neue Möglichkeiten für mikround nanotechnisch hergestellte Sensoren und Elektronikkomponenten, aber auch für integrierte Spiegelelemente, die bestimmte Farben filtern. Eine mit der neuen Methode bearbeitete Folie - die Struktur wurde so designt, dass grünes Licht durchgelassen wird.

Energie chemisch speichern und wieder freisetzen - dieses vielversprechende Konzept wird an der TU Wien erforscht. Nun gelang ein wichtiger Schritt auf der Suche nach dem passenden Material. Das Grundprinzip kennt man schon aus der Antike: Schon damals wurde Kalk gebrannt und gelöscht. Man führt dem Kalkstein im Brennofen Energie zu und löst dadurch eine chemische Reaktion aus.

Mikroskopisch kleine Partikel können sich spontan zu komplizierten Schichtstrukturen mit bemerkenswerten Eigenschaften zusammenfinden - das zeigen Berechnungen der TU Wien. Es gibt viele Möglichkeiten, neuartige Materialien herzustellen. Eine der interessantesten ist die Variante, mikroskopisch kleine Partikel dazu zu bringen, sich von selbst zu komplexen Strukturen zusammenzufügen.