Aktualitäten 2022

Wie man Materialien durchschießt, ohne etwas kaputt zu machen Wenn man geladene Teilchen durch ultradünne Materialschichten schießt, entstehen manchmal spektakuläre Mikro-Explosionen, manchmal bleibt das Material fast unversehrt. Das konnte man an der TU Wien nun erklären. Es klingt ein bisschen wie ein Zaubertrick: Manche Materialien kann man mit schnellen, elektrisch geladenen Ionen durchschießen, ohne dass sie danach Löcher haben.

Die Feinstrukturkonstante ist eine der wichtigsten Naturkonstanten Überhaupt. An der TU Wien fand man eine bemerkenswerte neue Art, sie zu messen - nämlich als Drehwinkel. Eins durch 137 - das ist eine der wichtigsten Zahlen in der Physik. Es ist der ungefähre Wert der sogenannten Feinstrukturkonstante - einer physikalischen Größe, die in der Atomund Teilchenphysik eine herausragende Bedeutung hat.

Was entscheidet über die Haltbarkeit von Hochleistungs-Beschichtungen für Turbinen oder Werkzeuge? Überraschende Ergebnisse der TU Wien zeigen: Es ist nicht Materialermüdung. Extrem dünne Beschichtungen aus Keramik können die Eigenschaften technischer Bauteile völlig verändern. Man verwendet sie zum Beispiel, um die Widerstandskraft von Metallen gegen Hitze oder Korrosion zu erhöhen.

Die Haut des Glänzenden Lackporling (Ganoderma lucidum) nutzen JKU Forscher neuerdings als Trägersubstanz von Elektronik-Bauteilen. Mit der von den Wissenschaftern "MycelioTronics" getauften Innovation habe man eine "Weltneuheit" am Start, die zu nachhaltigerer Elektronik führen könnte, so Martin Kaltenbrunner von der Abteilung Physik der Weichen Materie der JKU.

An der TU Wien gelang es, ein neuartiges Material aus Silizium und Germanium für die Chiptechnologie nutzbar zu machen. Das ermöglicht schnellere, effizientere Computer und neuartige Quantenbauelemente. Unsere heutige Chiptechnologie basiert größtenteils auf Silizium. Nur in ganz bestimmten Bauelementen wird auch eine geringe Menge an Germanium beigemischt.

Von Birgit Baustädter Wissenschafter der TU Graz in Kooperation mit der University of Surrey konnten erstmals das Wachstum von hexagonalem Bornitride beobachten und dokumentieren. Das Material findet vor allem in der Mikroelektronik und Nanotechnologie seine Anwendung. Atomar dünne 2D-Materialien für Anwendungen in der Mikroelektronik oder Nanotechnologie werden gezüchtet, indem Gas auf einer heißen Metalloberfläche zersetzt wird.

Weil sie extrem stabil sind, spielen sogenannte -topologische Zustände- in der Materialforschung eine wichtige Rolle. Nun gelang es erstmals, solche Zustände gezielt einund auszuschalten. Ein Donut ist kein Frühstücksbrötchen. Es handelt sich um zwei ganz eindeutig unterscheidbare Objekte: Das eine hat ein Loch, das andere nicht.

Eine neues Designprinzip kann nun die Eigenschaften von bisher kaum erforschbaren Quantenmaterialien vorhersagen: So wurde erstmals mit dem Computer ein hochkorreliertes topologisches Halbmetall entdeckt. Wie findet man neuartige Materialien mit ganz bestimmten Eigenschaften - zum Beispiel einem speziellen Zusammenspiel von Elektronen, wie man es für Quantencomputer benötigt?

Ein scheinbar paradoxer Effekt: Reibung richtet normalerweise bei höheren Geschwindigkeiten mehr Schaden an. Aber bei sehr hohen Geschwindigkeiten kehrt sich das um. Wenn zwei Metalloberflächen gegeneinander gleiten, kommt es zu einer Vielzahl komplizierter Phänomene, die zu Reibung und Verschleiß führen: Kleine kristalline Bereiche, aus denen Metalle typischerweise aufgebaut sind, können verformt, verdreht oder zerbrochen werden, oder auch miteinander verschmelzen.

An der TU Wien und der Hebräischen Universität Jerusalem wurde eine -Lichtfalle- entwickelt, in der ein Lichtstrahl sich selbst am Entkommen hindert. Dadurch lässt sich Licht perfekt absorbieren. Egal ob bei der Photosynthese oder in einer Photovoltaik-Anlage: Wenn man Licht effizient nutzen will, muss man es möglichst vollständig absorbieren.

Wenn Ionen ein Material durchdringen, laufen hochkomplexe Prozesse ab - so schnell, dass man sie bisher kaum analysieren konnte. Aber durch ausgeklügelte Messungen gelang das nun. Wie reagieren verschiedene Materialien auf den Einschlag von Ionen? Das ist eine Frage, die in vielen Forschungsbereichen eine wichtige Rolle spielt - etwa bei der Kernfusionsforschung, wenn die Wände des Fusionsreaktors von energiereichen Ionen bombardiert werden, aber auch in der Halbleitertechnik, wenn man Halbleiter mit Ionenstrahlen beschießt um winzige Strukturen herzustellen.

Die Wanderung von Kohlenstoffatomen auf der Oberfläche des Nanomaterials Graphen wurde vor Kurzem erstmals gemessen. Obgleich sich die Atome zu schnell bewegen, um sie direkt mit einem Elektronenmikroskop beobachten zu können, konnte ihr Einfluss auf die Stabilität des Materials nun indirekt bestimmt werden, während das Material auf einer mikroskopischen Heizplatte erhitzt wurde.

Von Susanne Filzwieser Die von Anna Maria Coclite entwickelte ,,Smartskin" kommt menschlicher Haut sehr nahe: Sie nimmt Druck, Feuchtigkeit und Temperatur simultan wahr und produziert elektronische Signale. Sensiblere Roboter oder intelligentere Prothesen sind so denkbar. Fotomaterial zum Download am Ende der Meldung Die Haut ist das größte Sinnesorgan und zugleich der Schutzmantel des Menschen.

Von Birgit Baustädter Seit Inbetriebnahme des hochinnovativen Micro-CT-Labs an der TU Graz Anfang des Jahres 2022 blicken Forschende der TU Graz, Uni Graz und MedUni Graz gemeinsam tief in die Materialstruktur. Rein äußerlich sind die zwei neuen, weißen Boxen unscheinbar. Groß eben. Und weiß. Mit je einem Sichtfenster in der Türe und je einem Probenaufsatz im Inneren.

Atome verbinden sich miteinander, indem sie Elektronen austauschen. Die Art und Weise, wie dies geschieht, hängt von der Art der Atome, aber auch von Bedingungen wie Temperatur und Druck ab. In zweidimensionalen (2D) Materialien wie z.B. Graphen schließen sich Atome in einer Fläche zu Strukturen zusammen, die nur ein Atom dick sind, was zu Eigenschaften führt, die durch die Quantenmechanik bestimmt werden.