„Weniger als nichts“ – Teilchen mit negativer Masse entdeckt

Physiker der Universität Regensburg publizieren in Nature Communications

Animation Negative Masse _ _felix HofmannEine große internationale Forschungskooperation unter Leitung von Kai-Qiang Lin und Professor John Lupton vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der Universität Regensburg (UR) konnte erstmals den Effekt von Elektronen mit negativer Masse in neuartigen Halbleiter-Nanostrukturen messen. Das internationale Team umfasst Wissenschafler aus Berkeley und Yale (USA), Cambridge (England) und Tsukuba (Japan) und hat die Erkenntnisse open access in Nature Communications veröffentlicht. (Illustration der negativen Masse anhand eines Golfballs. Der Fall des herkömmlichen Golfballs wird durch Wasser gebremst. Ein Golfball negativer Masse würde durch Reibungswiderstand beschleunigt werden – Animation mit frdl. Genehmigung © Felix Hofmann (UR)) weiterlesen…

Auf Effizienz gepolt

Methanogene Mikroben steuern Elektronen

Ein gigantischer Enzymkomplex ermöglicht es methanogenen Mikroorganismen (Archaeen), unter extrem energiearmen Lebensbedingungen zu gedeihen – sie nutzen ausgeklügelte Mechanismen, um in energiearmen und sauerstofffreien Umgebungen zu leben. Ein Schlüsselmechanismus zur Einsparung von Energie ist die sogenannte Elektronenbifurkation, eine Reaktion, bei der die Energie eines Elektronenpaares “aufgespalten” wird, sodass ein Elektron auf Kosten des anderen energiereicher wird. Forschende der Max-Planck-Institute für terrestrische Mikrobiologie (Marburg) und Biophysik (Frankfurt am Main) haben entdeckt, wie Elektronen aus der Elektronenbifurkation direkt an CO2-Reduktion und -Fixierung übertragen werden. (Foto: kontakt-presse_pressebilder, wikipedia, CC-BY 4.0) weiterlesen…

Entwicklungsstufen eines arbeitenden Katalysators

Serena DeBeer: Röntgenspektroskopische Untersuchung an einem Methantrockenreformierkatalysator

Die trockene Methanreformierung (DMR) bietet eine Möglichkeit, schädliche Treibhausgase in industriell nutzbares Synthesegas umzuwandeln. Deshalb wächst das Interesse an Katalysatoren auf Nickel-Basis für die DMR stetig. In ihrem Jahrbuchbeitrag 2020 beschreibt Prof. Serena DeBeer, Direktorin der Abteilung Anorganische Spektroskopie des Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr (MPI CEC) , am 10.08.2021 röntgenspektroskopische Untersuchungen an einem Methantrockenreformierkatalysator. Der vollständige Artikel kann auf der Webseite der Max-Planck-Gesellschaft nachgelesen werden. (Grafik: Speziell konstruierter Nanoreaktor mit einem In-situ-Gassystem für STXM-Studien eines arbeitenden Katalysators. Reaktantgase strömen von der linken Seite ein. Röntgenstrahlen überwachen die Veränderung der Partikel unter kontrollierter Temperatur und Druck – © MPI für chemische Energiekonversion) weiterlesen…

Komplizierte chemische Reaktionen auf Katalysator-Nanoteilchen

Chemie mit komplexem Rhythmus

Die meisten industriell hergestellten Chemikalien entstehen mit Hilfe von Katalysatoren. Diese bestehen meist aus winzigen Metall-Nanoteilchen, die auf Trägeroberflächen festgehalten werden. Ähnlich wie ein geschliffener Diamant, dessen Oberfläche aus verschiedenen Facetten besteht, die in unterschiedliche Richtungen orientiert sind, kann auch ein katalytisches Nanoteilchen unterschiedliche Facetten haben – und diese Facetten können unterschiedliche chemische Eigenschaften aufweisen. Komplizierter als gedacht laufen chemische Reaktionen an der Oberfläche von als Katalysatoren verwendeten Nanoteilchen ab – zeigte ein Team der TU Wien in Science – eine Medienmitteilung vom 21.05.2021 (Bild: Nano-Teilchen – © Nandiyanto – Eig. Werk, gemeinfrei, commons.wikimedia.org) weiterlesen…

Die Elektrolyse und das Tal des Todes

Von der Grundlagenforschung zur industriellen Anwendung

Trotz einer Fülle von Katalysatorenkandidaten für die Wasserstoff- und Sauerstoffentwicklungs- sowie die CO2-Reduktionsreaktion hat bisher fast keiner von ihnen das Stadium der Anwendung erreicht – also das vielzitierte “Tal des Todes” erfolgreich durchquert. “Von der Grundlagenforschung zur industriellen Anwendung von Elektrolysetechnologien – oder warum markttaugliche Konzepte von Katalysatoren, Elektroden und Zellen noch Mangelware sind” ist eine Medienmitteilung des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT vom 14.04.2021 überschrieben. weiterlesen…

Steuermechanismus für Zukunftsmaterial Graphen demonstriert

Alles unter Kontrolle

Wie lassen sich große Datenmengen möglichst schnell übertragen oder verarbeiten? Eine Antwort auf diese Frage könnte Graphen sein. Das ultradünne Material ist nur eine Atomlage dick, und die darin enthaltenen Elektronen haben aufgrund von Quanteneffekten sehr besondere Eigenschaften. Es könnte sich deshalb sehr gut eignen, um es für besonders leistungsfähige elektronische Bauelemente zu verwenden. Allerdings fehlte bislang das Wissen, wie sich bestimmte Eigenschaften von Graphen praktisch steuern lassen. Das ändert eine in Science Advances (CC-BY 4.0) publizierte Untersuchung von Wissenschaftlern aus Bielefeld und Dresden. (Grafik: Intensive Terahertz-Pulse (rot) werden in der Graphenschicht zu höheren Frequenzen umgewandelt. Die Effizienz dieses Prozesses lässt sich durch eine Spannung von wenigen Volt steuern – © HZDR, Juniks) weiterlesen…

Überleben im Anthropozän

von Jürgen Renn – MPI für Wissenschaftsgeschichte – mit freundlicher Genehmigung

Der Mensch hat sich die Erde untertan gemacht – und das in einem Ausmaß, das die menschlichen Lebensgrundlagen bedroht. Für den Weg ins Anthropozän, ins Erdzeitalter des Menschen, hat nach Ansicht des Autors die Entwicklung wissenschaftlich-technischen Wissens eine zentrale Rolle gespielt. Wir brauchen jedoch noch mehr Erkenntnisse über die enge Verflechtung zwischen Erde und Mensch, damit wir die Krisen, die wir mit unserem Handeln verursachen, tatsächlich verstehen und bewältigen können. weiterlesen…

BESSY II: Weltweit erstes Video von Raum-Zeit-Kristall

Elektronen-Spinwellen kondensieren zu exotischem Materiezustand – energieeffizientere Informationstechnologien

Forscher auf dem Gebiet der Spintronik versuchen, die Eigenschaften der Elektronenspins von Materialien zu nutzen, um neue, energieeffizientere Informationstechnologien zu entwickeln. Dabei werden Daten oft über Quasiteilchen, so genannte Magnonen, kodiert und übertragen – kollektive Anregungen von Elektronenspins. Jetzt haben Joachim Gräfe vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart, der Adam Mickiewicz University und der Polish Academy of Sciences in Pozna? Magnonen verwendet, um einen neuen Materiezustand zu bilden, der Raum-Zeit-Kristall genannt wird, und sie haben weltweit die erste Aufnahme davon produziert; in den Physical Review Letters stellen sie vor, wie dieser Zustand mit anderen Magnonen wechselwirkt (Bild: Probe mit magnonischem Py-Streifen und koplanarem Wellenleiter – © Nick Träger et.al. ‘Real-Space Observation’, CC-BY 4.0. weiterlesen…

Röntgen-Doppelblitze von 10-21 Sekunden treiben Atomkerne an

Exakte Kontrolle von Kernanregungen eröffnet Wege zu ultrapräzisen Atomuhren und leistungsstarken Kernbatterien

Erstmals (laut Medienmitteilung am 17.02.2020 und einer Publikation in Nature) ist einem Forscherteam des Heidelberger Max-Planck-Instituts für Kernphysik mit geeignet geformtem Röntgenlicht die kohärente Kontrolle von Kernanregungen gelungen. In dem am Europäischen Synchrotron ESRF durchgeführten Experiment wurde eine zeitliche Stabilität von wenigen Zeptosekunden erreicht (eine Zeptosekunde ist der billionste Teil einer Milliardstel Sekunde – 10-21 Sekunden). Zukünftige Experimente basierend auf der Kontrolle der Kerndynamik versprechen genauere Zeitstandards und neue Möglichkeiten auf dem Weg zu Kernbatterien. (Grafik: Schema des Expriments – © mpi-hd.mpg.de). weiterlesen…

Die helle Seite der Macht

Mit Laserlicht vom Halbleiter zum Metall

Eine Gruppe von Forschern des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft und der Humboldt-Universität zu Berlin hat herausgefunden, dass sich Halbleiter leichter und schneller als bisher angenommen in Metalle und zurückverwandeln lassen. Diese Entdeckung könnte die Rechenleistung vieler technischer Geräte erhöhen und ihr Design vereinfachen. (Foto: Ultrakurze Lichtblitze verwandeln einen Halbleiter in ein Metall – in nur 0,00000000000002 Sekunden – © Samuel Palato) weiterlesen…