:: Physikalsche Kleinigkeiten ::
Nano ....

:: 26.9.04 ::, Permalink
Nano-Antenne
Radioantennen bestehen (wenigstens beim UKW-Radio) aus einem Draht, dessen Länge in der Größenordnung der Radiowellenlänge liegt - d.h. im Meterbereich. Licht ist auch eine elektromagnetische Welle. Der Unterschied zu Radiowellen ist, daß die Wellenlänge rund zehn Millionen mal kleiner ist. Bis jetzt war es nicht möglich, Drähte in dieser Länge herzustellen. Aber jetzt gibt es ja die Kohlenstoff Nanoröhren (s.u.)!
Forscher aus Boston haben nun an Kohlenstoff Nanoröhren festgestellt, daß sie, wenn sie die passende Länge haben, wie Antennen wirken. Im Augenblick ist der Haken nur, daß es keine Elektronik gibt, die schnell genug für die hektischen Schwingungen des Lichts ist. (Wang et al., Appl. Phys. Lett., im, Druck)
Kohlenstoff-Nanoröhren, der Strich ist ein tausendstel Millimeter lang.


:: 22.9.04 ::, Permalink
Winzgitarre
Kohlenstoff-Nanoröhren sind schon was Erstaunliches. Sie sind Röhren aus Kohlenstoffatomen, deren Wände aus nur einer oder einigen wenigen Atomlagen bestehen und deren Dicke auch nur ein paar Dutzend Atomdurchmesser beträgt. Dabei können sie ziemlich lang werden - bis in den Mikrometer.
Forscher an der Cornell Universität haben es geschafft, eine solche Nanoröhre einzuspannen und zum Schwingen zu bringen - wie eine Gitarren-Saite. Schwierig ist es die Röhren einerseits gezielt zum Schwingen zu bringen und dann auch festzustellen, dass und wie sie schwingen. Geschafft haben sie das durch einen Trick indem sie einen Transistor aus der Nanoröhre gebaut haben. Die Nanoröhre ist dabei mit ihren Enden an zwei der drei Elektroden des Transistors angeschlossen. Die dritte Elektrode - das Gate - steuert den Stromfluss durch die Röhre. Mit diesem Stromfluss konnten sie feststellen, ob und wie die Röhre schwingt. Durch die Spannung am Gate konnten sie die (mechanische) Spannung der Saite einstellen - von schlabbrig durchhängend, über straff gespannt bis zu bretthart. Durch eine kleine Wechselspannung am Gate konnten sie dann die Saite zum schwingen bringen. Nur lange schwingen die Nano-Saiten nicht. Nach 80 bis 200 Schwingen ist Schluss. Zum Vergleich: eine normale Gitarrensaite, die 5 Sekunden beim Kammerton a schwingt hat über tausend Schwingungen gemacht. (Nature 431 (2004)284 )


:: 12.9.04 ::, Permalink
Magisches Silber
Metallcluster sind Moleküle aus einigen wenigen bis einigen hundert Atomen. Herstellen kann man sie, indem man Metall verdampft. Im Metalldampf finden sich dann die kleinen Klumpen. Interessant sind sie, weil sie ein Zwischending zwischen Festkörper und Molekül sind. Experimentell sind sie schwierig zu untersuchen, weil man sie nicht 'festhalten' kann. Von der theoretischen Seite sind sie schwierig zu behandeln, weil sie viel zu viele Teilchen enthalten, aber zu wenig um die Methoden der Festkörperphysik oder der statistischen Physik anwenden zu können.
Eine schöne theoretische Vorhersage in der Clusterphysik haben Physiker aus It alien und Frankreich nun gemacht. Sie haben ausgerechnet, daß Cluster aus Nickel oder Kupfer, die eine Hülle aus Silberatomen haben besonders stabil sind - und die Nickelcluster sind zudem magnetisch. Nun sind die Experimentalphysiker an der Reihe, zu zeigen, daß die erst kürzlich erzeugten Cluster auch wirklich so stabil sind.(Phys. Rev. Lett. 93 (2004) 105503)


:: 26.7.04 ::, Permalink
Krümelphysik
Atome kann man mittlerweile mit speziellen Mikroskopen - z.B. dem Rastertunnelmikroskop - sehr gut 'sehen'. Mit anderen Methoden, wie der Röntgenstreuung kann man die Struktur von Kristallen mit hoher Präzision bestimmen. Fast unmöglich war es aber bisher, wenn man die Struktur von winzigen Krümeln mit nur wenigen Atomen herausfinden will. Schwierig ist das vor allem deshalb, weil man diese Cluster nicht festhalten kann. Man kann sie zwar auf eine Oberfläche legen, dann sind sie aber heftig verformt. Frei herum fliegend kann man sie aber mit den Hochleistungsmikroskope nicht sehen. Außerdem kann man nicht genug gleichartige Cluster auf einmal herstellen, um sie mit Röntgenstrahlung zu untersuchen.
Einem internationalen Forscherteam ist es nun gelungen, die Struktur von Clustern aus Vanadium-Atomen aufzuklären. Dazu haben sie sehr helles Infrarotlicht benutzt, um die Cluster zum Schwingen zu bringen. Die Schwingungen haben sie mit theoretischen Modellrechnungen verglichen und so die Struktur der Cluster bestimmt. (Phys. Rev. Lett. 93 (2004) 023401)


:: 23.7.04 ::, Permalink
Elektronenpinzette
Forscher am IBM-Forschungsinstitut in Rüschlikon/Schweiz haben in Zusammenarbeit mit schwedischen Physikern es geschafft mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops einem Goldatom ein Elektron zuzufügen und danach wieder zu entreißen. Das ionisierte Atom lag auf einer NaCl Oberfläche und zeigt einen deutlichen Graben um sich herum. Die neutralen Atome zeigen diesen Graben nicht. Ein weiterer großer Schritt auf dem Weg, ganz gezielt Atome auf Oberflächen zu bewegen und zu manipulieren. (Science 305 (2004) 493)


:: 12.7.04 ::, Permalink
Filme durchs Röntgenmikroskop
Dänischen Physikern ist es gelungen, mit einem Röntgenmikroskop einen Film von einem kristallinen Korn in Aluminium bei der Rekristallisation, d.h. bei der Umstrukturierung der Atome nach einer Verformung des Metalls, zu drehen. Der Film besteht aus dreidimensionalen Bildern, d.h. der Film ist (mit der Zeitdimension) also quasi vierdimensional. Abgesehen von der Tatsache, daß es schon erstaunlich ist, daß man jetzt solche Filme machen kann, gibt es auch das wissenschaftliche Ergebnis, daß die Umkristallisation sprunghafter und irregulärer erfolgt, als erwartet. (Science 304 (2004) 229)


:: 16.6.04 ::, Permalink
Super-Mikroskop
Augsburger Physiker haben es geschafft, mit einem Rasterkraftmikroskop ein Wolframatom in bisher unerreichter Auflösung abzubilden. Mit einem normalen Rasterkraftmikroskop wird mit einer Spitze, die an einem kleinen schwingenden Balken angebracht ist, eine Oberfläche abgetastet - z.B. eine Graphitoberfläche. Bei dem neuen Experiment wurden die Bilder umgekehrt erzeugt. Ein Atom der Graphit -Oberfläche hat das Spitzenatom abgetastet. Herausgekommen ist ein Bild, bei dem man die Verteilung der Elektronen im Wolframatom sehen kann. (Sciencexpress 1099730 (2004))


:: 4.6.04 ::, Permalink
Moderne Kohlefadenlampe
Chinesischen Wissenschaftlern ist es gelungen, eine Glühlampe aus Kohlenstoff-Nanoröhren zu "basteln". Die Filamente aus den Nanoröhren haben sie in eine Glühbirne eingebaut und an eine Spannung von 25 V angeschlossen. Die Lampen brannten 360 Stunden lang und haben auch 5000 mal Ein- und Ausschalten überstanden. Außerdem waren sie noch heller als die Wolframdrahtlampe. Am erstaunlichsten ist aber vielleicht, daß sich der elektrische Widerstand der Lampen bis 1500 grad Celsius kaum ändert. Vielleicht kann ja wirklich - wie die chinesischen Forscher vermuten - die Lampe in wenigen Jahren bis zur Serienreife weiterentwickelt werden. Und das 125 Jahre nachdem Thomas Alva Edison die Kohlefadenlampe entwickelte. (Appl. Phys. Lett. 84 (2004) 4869 )


:: 13.10.03 ::, Permalink
Hat das Nanoteilchen Fieber?
Genauso wie ein Fieberthermometer, sieht ein Thermometer aus, daß japanische Forscher gebaut haben. Allerdings hat es einen Durchmesser von nur 150 Nanometer (1 Nanometer = 1 millionstel Millimeter). Das Glas ist durch eine Kohlenstoffnanoröhre ersetzt und das Quecksilber durch Gallium. Das jetzt von den Forschern vorgestellte Thermometer ist das erste Nano-Thermometer, das bei normalen Temperaturen und - vor allem - ganz normal an Luft funktioniert. (Appl. Phys. Lett. 83 (2003) 2913 )


:: 3.9.03 ::, Permalink
Nanoteilchen gegen Krebs
Nanoteilchen aus Eisen können, so scheint es, schwer zu behandelnde Krebsformen behandelbar machen. An der Charité und dem Bundeswehrkrankenhaus in Berlin werden erste vielversprechende Versuche mit der sogenannten "Magnetflüssigkeits-Hyperthermie" ausgeweitet. Die Eisenkügelchen sind mit einer Molekülschicht umhüllt, die eine hohe Affinität zu neuen Zellmembranen hat. Da Tumorzellen sich häufig Teilen und somit viel neue Zellmembran herstellen, docken die umhüllten Eisenteilchen bevorzugt an Tumorzellen an. Durch magnetische Wechselfelder werden sie erwärmt und die durch die Hitze vorgeschädigten Tumorzellen werden bei einer nachfolgenden herkömmlichen Bestrahlung leichter abgetötet.


:: 3.9.03 ::, Permalink
Nanoteilchen gegen Krebs
Nanoteilchen aus Eisen können, so scheint es, schwer zu behandelnde Krebsformen behandelbar machen. An der Charité und dem Bundeswehrkrankenhaus in Berlin werden erste vielversprechende Versuche mit der sogenannten "Magnetflüssigkeits-Hyperthermie" ausgeweitet. Die Eisenkügelchen sind mit einer Molekülschicht umhüllt, die eine hohe Affinität zu neuen Zellmembranen hat. Da Tumorzellen sich häufig Teilen und somit viel neue Zellmembran herstellen, docken die umhüllten Eisenteilchen bevorzugt an Tumorzellen an. Durch magnetische Wechselfelder werden sie erwärmt und die durch die Hitze vorgeschädigten Tumorzellen werden bei einer nachfolgenden herkömmlichen Bestrahlung leichter abgetötet.


:: 5.7.03 ::, Permalink
Nanomauern
Die Schalen von Muscheln sind aus der Sichtweise der Materialwissenschaft erstaunlich. Sie sind hart und trotzdem sehr stabil. Zudem sind Schalen vergleichsweise dünn. Der Trick liegt im mikroskopischen Aufbau. Plättchen aus Kalziumcarbonat (Kalk) werden mit einem Mörtel aus Proteinen zusammengehalten. Aus dem gleichen Grund sind Knochen hart, aber nicht spröde. Schön wäre es, könnte man solche Strukturen auch künstlich herstellen. Ein Schritt in diese Richtung ist nun gelungen. Aus winzigen Plättchen des Minerals Montmorillonit konnten dünne, freitragende Schichten erzeugt werden, die durch ein Polymer zusammengehalten werden. Nur schnell geht das derzeit noch nicht, da die Mauer - wie jede Mauer - Schicht für Schicht gebaut wird. Aber es ist ja erst die erste Nanomauer.(Nature Mater. 2(2003 ) 413)


:: 17.3.2003 ::, Permalink
Riss im Wassertröpfchen
Auf gut geglätteten Oberflächen findet man oft Bereiche in denen viele tausende Atome wunderbar gleichmäßig angeordnet sind. Umgekehrt hat man bei den Fullerenen - winzigen, hohlen Fußbällen aus Kohlenstoffatomen - ein Wechsel aus Fünfecken und Sechsecken an der Oberfläche. Wie sieht aber die Anordnung der Atome der Oberfläche einer großen Hohlkugel aus? In einem raffinierten Experiment haben Forscher der TU München Polymerkügelchen sich auf der Oberfläche von Wassertröpfchen in Öl anordnen lassen. Das Ergebnis: die Kügelchen ordnen sich fast überall gleichmäßig an, nur in einigen 'Rissen' in der Oberfläche sind die Fünf- und Siebenecke aneinandergereiht. (Science 299 (2003) 1716)

:: 10.3.2003 ::, Permalink
Mikroskopie II
Ein australischer Mathematiker hat darauf hingewiesen, daß die Auswahl der Form eines wichtigen Bauteils des Atomkraftmikroskops auf einer falschen Annahme beruhte. Anstatt die Bildverzerrung zu verbessern, verschlechtert die in vielen - auch kommerziell vertriebenen - Atomkraftmikroskopen benutzte V-Form des Biegebalkens die Bildqualität. Atomkraftmikrokope tasten Oberflächen mit einer Nadel ab. Neben den Rastertunnelmikroskopen und den Rasterelektronemikroskopen liefern sie die besten Bilder aus der Nanowelt. (via slashdot; Sader, Rev. Sci. Instr., in press)
:: 15.01.2003 ::, Permalink
Forum on Nanoscience and Nanotechnology
An der Ludwig-Maximilians-Universität München findet morgen und übermorgen ein Forum zu Nanowissenschaften und Nanotechnologie statt. Es werden 14 Vorträge - nicht nur für Fachleute - gehalten. Die Themen reichen von der Nanophysik bis zur Nanobiologie.
Das Forum kann über video stream live mitverfolgt werden.



:: 2.10.2002 ::, Permalink
Sachen gibt's in der Nano-Welt.
Germaniumschichten wächst man ja schon lange auf Silizium (Siliziumkristallen). Der nächste Schritt ist dann Germanium auf einer Siliziumschicht zu wachsen, die selber auf einer Isolatorschicht (z.B. SiO₂) aufgebracht ist. Jetzt hat aber eine Gruppe um Max Lagally an der University of Wisconsin das gemacht und festgestellt, dass das SiO₂ Beulen wirft!



:: 17.01.2003 ::, Permalink
Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine Oberfläche hergestellt, die im Normalzustand hydrophil (wasserliebend) ist, bei Anlegen eines kleinen elektrischen Feldes jedoch hydrophob (wasserabstoßend) wird. Die Oberfläche besteht aus regelmäßig angeordneten organischen Molekülen auf einer Goldoberfläche. Dieses Umschalten zwischen wasseranziehend und wasserabstoßend verspricht natürlich etliche Anwendungen. ( Science 299 (2003) 371 )



:: 30.12.2002 ::, Permalink
Weiß plus schwarz gleich bunt? Das strahlende Weiß in der modernen Malerei ist Titanweiß, das ist fein verteiltes Titandioxid. Auf der anderen Seite: Silber. Fein verteilt ist es schwarz. In Schwarweiß-Photos bestehen die schwarzen Flächen aus Silberkörnchen. Nun haben japanische Wissenschaftler entdeckt, daß winzige Silberkörnchen in ganz dünnen Titandioxid-Filmenbei Bestrahlung mit rotem Licht rot werden - und bleiben (!), bei blauemLicht blau werden, bei grünem grün ... Mit UV-Licht wird die Schicht wiederbraun, und man kann sie wieder neu einfärben. Verstehen tun es die Forschernoch nicht, aber Anwendungen, wie zum Beispiel elektronisches Papier, liegenauf der Hand. (Nature Materials 2 (2002) 29)