Materialwissenschaften (Physik und Astronomie)

 

Die Analyse elastischer Verformungen von Verbundwerkstoffen in Echtzeit und 3D ist eine Herausforderung. Dies gelingt einer neuen Methode, die Shahrouz Amini und sein Team entwickelten. Sie kombiniert die herkömmliche Raman-laserspektroskopische Bildgebung mit einem Nanoindenter, der kontrolliert Verformungen erzeugt. Damit der Laserstrahl die Reaktion darauf ungestört und hochaufgelöst auf der Oberseite des Materials erfassen kann, positionierte Amini den Nanoindenter unterhalb des Materials. Die innovative Methode eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung optimierter Materialien.
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Ein Forschungsteam des Max-Planck-Instituts für Nachhaltige Materialien hat eine neue Designstrategie zur Metallproduktion entwickelt, die Gewinnung,Herstellung, Mischung und Verarbeitung in einem einzigen Prozessschritt vereint. Da die Methode Wasserstoff statt Kohlenstoff als Energieträger undReduktionsmittel nutzt, entsteht kein CO2. Bei nur 700 °C werden die Metallerze zu anwendungsfertigen Legierungen verarbeitet, ohne mehrmaligesErhitzen und Abkühlen. Dies spart 40 % Energie im Vergleich zur konventionellen Metallurgie. mehr

Durch die Kombination neuartiger Materialien zu elektromagnetischen Quantenschaltkreisen kann der Schaltkreis als empfindliche Sonde für die Materialstruktur verwendet werden, und starke Quanteneffekte im Material können genutzt werden, um eine neue Klasse von Geräten für die Quantentechnologie herzustellen. mehr

In meiner Gruppe arbeiten wir an neuen Rechenmethoden zur Beschreibung von elektronisch-angeregten Zuständen in Molekülen. Diese sollen sich vor allem auf Übergangsmetall-Komplexe anwenden lassen. Um auch Anregungen zwischen organischen Liganden und dem Metall-Zentrum beschreiben zu können, benutzen wir den Ansatz der zeitabhängigen Störungstheorie. Wir konnten dabei erreichen, dass auch Anregungen aus entarteten Grundzuständen möglich sind. Ferner haben wir eine einfache Methode entwickelt, welche die Genauigkeit der berechneten Anregungsenergien verbessert. mehr

Die Möglichkeit, Milliarden von Transistoren auf Computerchips unterzubringen, hat unsere Gesellschaft maßgeblich verändert. Für immer leistungsfähigere Systeme zur Datenverarbeitung spielt auch die Photonik eine große Rolle. Während die Miniaturisierung von elektronischen Komponenten schon seit mehr als 40 Jahren stetig voranschreitet, ist das Forschungsfeld der integrierten Photonik relativ neu. Am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts haben wir Prozesse entwickelt, um optische Schaltkreise auf Mikrochips herzustellen, die für die Datenübertragung und optische Signalverarbeitung genutzt werden können. mehr

Historische kalkhaltige Objekte, wie z. B. antike Amphoren, sind während der Lagerung in Museen einer Vielzahl von Umwelteinflüssen über Jahrhunderte ausgesetzt. Besonders häufig treten weiße, nadelförmige Ausblühungskristalle auf kalkhaltigen Objekten auf. Dieses Phänomen ist als „Bynes Krankheit“ bekannt. Die teilweise äußerst komplexen Kristallstrukturen einiger dieser Verbindungen konnten wir anhand von Röntgen-Beugungsdaten an Pulvern entschlüsseln. Neben dem rein wissenschaftlichen Interesse konnten wir auch Beiträge zum Erhalt der kalkhaltigen Kulturgüter liefern. mehr

Durch Erkenntnisse, wie es in Feststoffbatterien zum Kurzschluss kommt, könnte sich deren Lebensdauer verlängern lassen mehr

Chiralität verbinden wir mit Links- oder Rechtshändigkeit. Terahertz-Licht kann Chiralität in einem nicht-chiralen Kristall induzieren, zeigte unsere Forschung. Durch Anregung spezifischer Schwingungen im Kristallgitter von Borphosphat entstand ein kurzlebiger chiraler Zustand, dessen Händigkeit durch Drehen der Lichtpolarisation gesteuert wird. Dieser Effekt, der einige Pikosekunden anhält, könnte ultraschnelles chirales Schalten in Materialien ermöglichen, mit Anwendungen in Speichertechnik und Optoelektronik. Zudem bietet er neue Einblicke in Nichtgleichgewichtsphänomene in komplexen Materialien. mehr

Der Einsatz mechanischer Energie ist eine neue Art, chemische Reaktionen zu beschleunigen oder in neue Richtungen zu lenken. Die Ammoniaksynthese benötigt normalerweise 400-500°C und Drucke von 200-300 bar, aber kann unter Vermahlung in einer Kugelmühle bereits bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck ablaufen, selbst wenn die Raten deutlich geringer sind als beim technischen Prozess. Mechanokatalytische Reaktionen sind nicht auf die Ammoniaksynthese beschränkt, sondern wir haben eine ganze Reihe von Reaktionen entdeckt, die durch Einwirkung mechanischer Kräfte beschleunigt werden können. mehr

Durch Laserlicht erhält ein Halbleiter vorübergehend metallische Eigenschaften mehr