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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Kristalle mit "Gedächtnis" speichern Schallwellen |
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| | | Kristalle sind - ob ihrer vielfältigen Eigenschaften - aus vielen Anwendungsbereichen nicht mehr wegzudenken. Ein US-Forscherteam hat nun sogar Kristalle mit "Schall-Gedächtnis" entdeckt: Die Physiker haben Lithiumniobat-Kristalle untersucht, und dabei Erstaunliches festgestellt. Die Kristalle können demnach Schallwellen speichern und wieder aussenden. |
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Das Forscherteam um Mack Breazeale vom Department of Physics and Astronomy der University of Mississippi hat so genannte ferroelektrische Kristalle untersucht, die - ähnlich wie ein Ferromagnet - unter Temperatureinfluss ein elektrisches Feld generieren.
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"Observation of Acoustical Memory in LiNbO3"
Der Artikel "Observation of Acoustical Memory in LiNbO3" von Michael S. McPherson, Igor Ostrovskii, und Mack Breazeale ist erschienen in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Physical Review Letters", Bd. 89 vom 9. September 2002 (doi:10.1103/PhysRevLett.89.115506). |
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 Abstract des Artikels |
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Gespeichert und gesendet |
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Die Physiker beobachteten das Verhalten der Lithiumniobat-Kristalle unter Beschuss von hochfrequenten Schallwellen, wobei die Ergebnisse zunächst ganz ihren Erwartungen entsprachen: Der Kristall reagierte kurz mit Schwingungen auf die Schallwellen und "verstummte" dann.
Zur großen Überraschung der Forscher sendete der Kristall dann allerdings - etwa 70 Mikrosekunden später - ein Signal mit der gleichen Frequenz aus. Am besten funktionierte dies bei 26 Megahertz, die Temperatur durfte nicht über 75 Grad Celsius liegen.
Der Lithiumniobat-Kristall kann also, so die Meinung der Wissenschaftler, tatsächlich Energie in Form von Schallwellen "speichern" und schließlich wieder abgeben - in Form eines messbaren Tons.
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Mögliche Ursachen für das "Schall-Gedächtnis"
Die genauen Ursachen für den beobachteten Effekt sind noch unklar, die Physiker glauben allerdings, dass die Schallwellen ein elektrisches Feld innerhalb des (ferroelektrischen) Kristalls erzeugt haben könnten, welches wiederum dessen ursprüngliche Ladung für kurze Zeit in Randbereiche verdrängte. Das ganze System sei dann sozusagen zurückgeschnappt, erklärt Michael McPherson als einer der beteiligten Forscher die Theorie, und der Kristall habe wieder zu schwingen begonnen. |
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Neue Test-Methode für mehr Qualität? |
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Nach Angaben der Wissenschaftler könnte sich hier ein neuer Weg zeigen, die Qualität von Lithiumniobat-Kristallen zu testen, wie sie heute beispielsweise in der Telekommunikation Anwendung finden.
Bisherige Tests können nicht sehr tief in die Kristalle eindringen. Allerdings, so schreiben die Forscher in den "Physical Review Letters", seien weitere Studien notwendig, um diese ersten Ergebnisse zu bestätigen.
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Kristalle für Mikrochips, Optoelektronik ... |
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Tatsächlich finden Kristalle mittlerweile fast überall Anwendung - etwa Silizium-Kristalle in Mikrochips oder so genannte photonische Kristalle für die Optoelektronik. Zu den "Stars" unter diesen Gebilden zählen auch Lithiumniobat-Kristalle.
An ihnen gelang in den 1960er Jahren die Entdeckung der so genannten Photorefraktivität - sie reagieren auf Licht, indem sie ihren Brechungsindex ändern. Ein auf einen Lithiumniobat-Kristall gerichteter Laser verzerrt sich und streut sein Licht fächerförmig aus.
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Datenspeicher für 1.000 Jahre? |
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Damit hatte sich ein völlig neuer Anwendungsbereich eröffnet: Kristalle als Speichermedien. Tatsächlich lassen sich in photorefraktiven Kristallen große Mengen an Information speichern - und das für sehr lange Zeit.
Ein Lithiumniobat-Kristall von der Größe eines Daumennagels kann beispielsweise ein Terabyte an Daten speichern und - nach Berechnungen - gespeicherte Informationen bis zu 1.000 Jahre erhalten.
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Mehr Artikel zu Kristallen in science.ORF.at:
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01.01.2010 |
