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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Springende Atome durch Festkörper beobachtet |
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Was auch für die Materialforschung und -entwicklung von Bedeutung ist, konnten Wissenschaftler um den Physiker Gero Vogl von der Universität Wien nun erstmals detailliert auf Atomebene beobachten, wie sie in "Nature Materials" (Online-Studie) berichten.
Bei Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt, aber durchaus noch in der festen Phase können etwa Bleiatome milliardenfach pro Sekunde springen, erklärte dazu Vogl. Bei Raumtemperatur sind die Sprünge wesentlich seltener, bis sie mit weiter abnehmenden Temperaturen fast völlig aufhören.
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Verteilung von Fremdatomen entscheidend |
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Verschiedenste Eigenschaften von Werkstoffen beruhen auf der richtigen Verteilung von Fremdatomen. "Das Spektrum reicht dabei von der Festigkeit metallischer Gegenstände wie Essbesteck oder Automotoren bis zu Eigenschaften von Halbleitern in all den elektronischen Geräten, die wir unablässig benützen", so die Wissenschaftler.
Die gewünschte Verteilung wird durch Diffusion der Fremdatome unter kontrollierten Produktionsbedingungen, insbesondere unter kontrollierten hohen Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt, erreicht.
Umgekehrt können solche maßgeschneiderten Werkstoffe aber durch das Springen von Atomen altern und die gewünschten Eigenschaften langsam verlieren. Bei Umgebungstemperaturen von rund 20 Grad dauert es entsprechend lange, bei 200 bis 300 Grad altern die Werkstoffe oft schon innerhalb von wenigen Jahren.
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Einsatz von Synchrotron-Röntgenstrahlung |
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Bisherige Methoden zur Untersuchung des Atomspringens in Feststoffen arbeiteten beispielsweise mit radioaktivem Material, das langsam durch eine Probe diffundiert. Auf die Atomebene gelangten solche Beobachtungen allerdings nicht.
Der Durchbruch gelang Vogl und seinem Team durch den Einsatz von Synchrotron-Röntgenstrahlung. Diese unterscheidet sich von der normalen Röntgenstrahlung durch die sogenannte Kohärenz.
Diese bewirkt eine Übereinstimmung der Wellenberge und Wellentäler der Röntgenstrahlung, wie sie bisher nur bei Laserlicht erzielt worden ist. Beim Durchleuchten eines Werkstücks stört jedes Springen eines Atoms diese Kohärenz, so wird die Sache auf Atomebene mess- und beobachtbar.
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Atome hüpfen einmal pro Stunde |
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In ihrem Experiment konnten die Wiener Forscher durch Verfolgen der zeitlichen Änderung der an einer Kupfer-Gold-Legierung gestreuten Röntgenstrahlung feststellen, dass bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von 270 Grad jedes Atom etwa einmal pro Stunde von einem Platz zu einem anderen springt.
[science.ORF.at/APA, 27.7.09]
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01.01.2010 |
