Aktualitäten 2020

Wie kann man eine atomare Materialschicht perforieren und die darunterliegende unversehrt lassen? An der TU Wien entwickelte man eine Technik zur Bearbeitung von Oberflächen auf atomarer Skala. Niemand kann eine Pistolenkugel so durch eine Banane schießen, dass die Schale durchlöchert wird, die Banane aber heil bleibt.

Sogenannte Core-Shell-Cluster ebnen den Weg für neue effiziente Nanomaterialien, die Katalysatoren, Magnetund Lasersensoren oder Messgeräte zum Aufspüren von elektromagnetischer Strahlung effizienter machen. Weiteres Bildmaterial zum Download findet sich am Ende der Meldung Ob bei innovativen Baustoffen, leistungsfähigeren Computerchips, bei Medikamenten oder im Bereich erneuerbarer Energien: Nanopartikel als kleinste Bausteine von Materialien stellen die Basis für eine ganze Reihe neuer technologischer Entwicklungen dar.

Lange Zeit hat man in der Elektronik etwas Wichtiges vernachlässigt: Wenn elektronische Bauteile immer kleiner werden sollen, braucht man dafür passende Isolator-Materialien. Immer kleiner und immer kompakter - das ist die Richtung, in die sich Computerchips getrieben von der Industrie entwickeln. Daher gelten sogenannte 2D-Materialien als große Hoffnungsträger: Sie sind so dünn wie ein Material überhaupt nur sein kann, im Extremfall bestehen sie nur aus einer einzigen Schicht von Atomen.

Ein internationales Team von Wissenschaftern aus Österreich, Deutschland und der Ukraine hat ein neues supraleitendes System gefunden, in dem sich magnetische Flussquanten mit Geschwindigkeiten von 10-15 km/s bewegen können. Dies erschließt Untersuchungen der reichen Physik nichtlinearer kollektiver Systeme und macht einen Nb-C-Supraleiter zu einem idealen Materialkandidaten für Einzelphotonen-Detektoren.

Magnetismus bietet einerseits neue Möglichkeiten, leistungsstärkere und energieeffizientere Computer zu entwickeln, andererseits ist die Realisierung des magnetischen Rechnens auf der Nanoskala eine anspruchsvolle Aufgabe. Über einen entscheidenden Fortschritt auf dem Gebiet der Berechnungen mit ultraniedrigem Leistungsbedarf mittels magnetischer Wellen berichtet ein Forscherteam aus Kaiserslautern, Jena und Wien in der Zeitschrift Nano Letters.

Revolutionäre neue Methoden für die Materialwissenschaft: Riesengroße Computersimulationen erlauben an der TU Wien erstmals einen genauen Blick auf Verschleiß und Reibung. Verschleiß und Reibung sind ganz entscheidende Themen für viele Industriebereiche: Was passiert, wenn eine Oberfläche über eine andere gleitet? Mit welchen Materialveränderungen muss man dabei rechnen? Was bedeutet das für die Haltbarkeit und Sicherheit von Maschinen? Was dabei auf atomarer Ebene passiert, lässt sich nicht direkt beobachten.

Ausgerechnet chaotische Turbulenzen können dafür sorgen, dass eine besonders regelmäßige Art von Laserlicht entsteht - das bewies ein Forschungsteam mit Beteiligung der TU Wien. Es handelt sich um eine ganz besondere Sorte von Licht, mit der man wichtige Messungen durchführen kann: Sogenannte Frequenzkämme spielen in der Laserforschung heute eine große Rolle.

Im Podcast-Format "Hör-Saal: 15 Minuten Forschung" haben ForscherInnen der Universität Graz seit Mitte März ein Mal pro Woche verschiedene Fragen rund um die Corona-Krise aufgeworfen, diskutiert und beantwortet. Nachdem sich die Covid-19-Situation in Österreich zum Glück sehr positiv entwickelt hat, wird das Gesprächsformat jetzt erweitert: Ab dieser Woche geht es um auch aktuelle sowie um allgemein spannende Wissenschaftsthemen, um neue Ergebnisse und Erkenntnisse und darum, die Persönlichkeiten hinter der Forschungsarbeit etwas näher kennenzulernen.

Wie kann man Oberflächen möglichst sanft und zerstörungsfrei auf atomarer Skala abbilden? An der TU Wien verwendet man ein einzelnes Sauerstoffatom als Fühler. Sauerstoff ist höchst reaktiv, er lagert sich an vielen Oberflächen an und bestimmt dadurch auch ihr chemisches Verhalten. An der TU Wien studiert man die Wechselwirkung zwischen Sauerstoff und Metalloxid-Oberflächen, die für viele technische Anwendungen eine wichtige Rolle spielen - von chemischen Sensoren über Katalysatoren bis hin zur Elektronik.

Wasserstoff-Forschende der TU Graz haben gemeinsam mit dem Grazer Start-Up Rouge H2 Engineering ein kostengünstiges Verfahren zur dezentralen Erzeugung von hochreinem Wasserstoff entwickelt.

Überraschender Befund beim Untersuchen von Knochenproben: Spuren des seltenen Elements Gadolinium konnten nachgewiesen und erstmals genau lokalisiert werden. Es gehört nicht zu den Substanzen, mit denen man normalerweise täglich zu tun hat: Gadolinium, das chemische Element mit der Ordnungszahl 64, gehört zu den sogenannten ,,Seltenen Erden" aus der Gruppe der Lanthanoide.

Nickel soll ein neues Zeitalter der Supraleitung einläuten - das gestaltet sich allerdings schwieriger als gedacht. An der TU Wien konnte man nun erklären, woran das liegt. Im vergangenen Sommer wurde ein neues Zeitalter für die Hochtemperatur-Supraleitung ausgerufen - das Nickel-Zeitalter. Man hatte entdeckt, dass es in einer speziellen Klasse von Materialien, den sogenannten Nickelaten, vielversprechende Supraleiter gibt, die auch bei hoher Temperatur elektrischen Strom immer noch völlig ohne Widerstand leiten können.

Die rasche Abkühlung von Magnon-Partikeln erweist sich als überraschend effektive Methode, um einen schwer fassbaren Quantenzustand der Materie, ein so genanntes Bose-Einstein-Kondensat, zu erzeugen. Diese Erkenntnis kann dazu beitragen, die quantenphysikalische Forschung voranzutreiben und ist außerdem ein Schritt in Richtung des langfristigen Ziels des Quantencomputings bei Raumtemperatur.

Mit schneller Elektronik gelingt es an der TU Wien, den Spin von Neutronen präzise zu kontrollieren. Die Genauigkeit von Neutronen-Experimenten soll dadurch deutlich steigen. Neutronen spielen für viele Experimente eine entscheidende Rolle: Man verwendet sie, um die Gesetze der Teilchenphysik zu entschlüsseln, um nach dunkler Materie zu suchen, oder auch um neue Materialien zu analysieren.

BRITE-Constellation beobachtet erstmals kompletten Nova-Ausbruch Satellitenaufnahmen der BRITE-Mission mit Beteiligung von Forscher*innen der TU Graz sowie der Universitäten Innsbruck und Wien dokumentieren erstmals die komplette Entwicklung einer Nova - vom Ausbruch über das Helligkeitsmaximum bis hin zum Ausglühen.

Einer der zentralen Grundsätze der Quantenmechanik ist der Welle-Teilchen-Dualismus. Er besagt, dass sich selbst massive Objekte sowohl wie Teilchen als auch wie Wellen verhalten. Eine Reihe früherer Experimente haben dies für Elektronen, Neutronen, Atome und sogar große Moleküle gezeigt. Die Quantentheorie behauptet, dass dies eine universelle Eigenschaft der Materie sei.

Wissenschaftler der Universitäten Wien und Stuttgart haben eine Version von Maxwell's Dämon untersucht, die auf verzögerter Feedback-Kontrolle einer schwebenden Mikrokugel basiert. Sie konnten dabei neue fundamentale Einschränkungen bestätigen, die zeitliche Verzögerungen auf die Effizienz des Dämons haben, welche nicht durch die herkömmlichen Gesetze der Thermodynamik beschrieben werden können.

In Physical Review Letters beschreiben Experimentalphysiker der TU Graz, wie sich ein Molekül in der schützenden Umgebung einer Quantenflüssigkeit bewegt. Weiteres Bildmaterial zum Download am Ende der Meldung Der Leiter der Arbeitsgruppe Femtosecond Dynamics am Institut für Experimentalphysik der TU Graz Markus Koch und sein Team entwickeln neue Methoden für die zeitaufgelöste Femtosekunden-Laserspektroskopie, um ultraschnelle Prozesse in molekularen Systemen zu untersuchen.

Uran ist nicht gleich Uran: Je nachdem, ob die Freisetzung des chemischen Elements durch die zivile nukleare Industrie oder als Fallout von Atomwaffentests erfolgt, variiert das Verhältnis der beiden anthropogenen - also vom Menschen gemachten - Uranisotope 233U und 236U. Diese Erkenntnis eines internationalen Teams rund um Physiker*innen der Universität Wien bildet einen vielversprechenden neuen "Fingerabdruck" zur Identifizierung von radioaktiven Emissionsquellen und eignet sich auch ausgezeichnet als Umweltindikator in Meeresströmungen, wie dargestellt wird.

Die meisten Quantenexperimente werden heute mit Hilfe von Licht kontrolliert, so auch in der Nanomechanik, wo winzige Teilchen mit elektromagnetischen Feldern so stark abgekühlt werden, dass sie Quanteneigenschaften zeigen. Nun schlagen Innsbrucker Physiker um Oriol Romero-Isart vor, Mikropartikel stattdessen mit Schallwellen zu kühlen.