Atomare Landkarte enthüllt ultraschnelle Übergänge in Schlüsselmaterialien und ermöglicht Design neuer Werkstoffe

BerlinWissenschaftler am Brookhaven National Laboratory haben eine bedeutende Entdeckung gemacht. Sie haben die ersten Filme erstellt, die zeigen, wie Atome sich in einem Material bewegen, während es sich von einem Isolator zu einem Metall ändert. Diese Studie wurde in der Zeitschrift Nature Materials veröffentlicht und löst eine langjährige Debatte unter Wissenschaftlern.

Wichtige Erkenntnisse:

• Neue Materialphase entdeckt
• Über Atom-Paar-Verteilungsfunktionsanalyse (PDF) erreicht
• Nutzung von Röntgen-Freie-Elektronen-Laser (XFEL)-Einrichtungen
• Veränderungen im Pikosekundenbereich beobachtet
• Mögliche Anwendungen in Computertechnik, Chemie und Energiespeicherung

Die PDF-Methode wird häufig in Experimenten mit Synchrotron-Lichtquellen eingesetzt. Die Geschwindigkeit dieser Experimente wird dabei durch die kürzesten erzeugbaren Röntgenpulse bestimmt. Synchrotron-Quellen sind effektiv bei der Verfolgung von Veränderungen in Materialien über Zeiträume von Minuten bis Stunden. Die Forscher wollten jedoch Veränderungen beobachten, die innerhalb von Pikosekunden auftreten.

Um dieses Ziel zu erreichen, setzten sie die PDF-Technik an der Linac Coherent Light Source (LCLS) des SLAC National Accelerator Laboratory ein. Diese Technik ermöglicht extrem kurze und intensive Röntgenimpulse. Jack Griffiths, einer der Mitautoren der Studie, erklärte, dass dadurch schnelle Bewegungen detailliert und klar erfasst werden können.

Dank dieser Methode konnte das Team Filme erstellen, die zeigen, wie sich Atome bewegen, wenn Materialien ihren Zustand ändern. Diese Bewegungen bieten wertvolle Erkenntnisse für die Entwicklung neuer Materialien in der Zukunft.

Lesen Sie auch:

Heute · 08:04

Drohnen enthüllen die virtuose Fresskunst der Grauwale

Forscher entdeckten eine neue Materialphase während Übergängen. Dabei stellten sie fest, dass Laserpulse Veränderungen auf atomarer Ebene bewirkten, was zu einem "Nicht-Gleichgewicht"-Übergang führte. Diese Entdeckung ist bedeutsam für Bereiche wie die Computertechnologie, wo Materialien in unterschiedlichen Bedingungen stabil bleiben, aber auch zuverlässig Phasen wechseln müssen.

Die Forscher setzten einen Laser ein, um Atome zu treffen, wodurch Veränderungen im gesamten Material ausgelöst wurden. Diese Veränderungen führten zu einem vorübergehenden, ungeordneten Zustand, der nur kurze Zeit anhielt. Die Wissenschaftler vermuten, dass dies auf ein stabiles Material in der Nähe hinweisen könnte, das bisher unentdeckt geblieben ist.

Forscher von verschiedenen Institutionen wie der Columbia University und dem Argonne National Laboratory arbeiteten gemeinsam daran, die PDF-Technik an XFELs erfolgreich zu machen. Durch die sorgsame Auswahl der besten Strahlführungen für ihre Experimente und ihre kooperative Herangehensweise konnten sie ihre Ziele erreichen.

Diese neue PDF-Methode liefert uns Informationen über die Bewegungen von Atomen und Phasenänderungen in Materialien. Dies kann zu Verbesserungen bei Computermaterialien, Supraleitern und Energiespeichern führen. Zukünftige Forschungen werden verschiedene Phasenänderungen in verschiedenen Quantenmaterialien untersuchen.

Mit der Umrüstung des LCLS auf LCLS-II-HE wird das Team in der Lage sein, noch detailliertere Untersuchungen durchzuführen. Diese Technik wird dadurch im Bereich der Materialwissenschaften zunehmend an Bedeutung gewinnen. Die Ergebnisse werden nicht nur bestehende Probleme lösen, sondern auch neue Forschungs- und Anwendungsmöglichkeiten schaffen.