Materialforschung
Unmögliches möglich machen
Vom Einsatz multiferroischer Materialien verspricht man sich energiesparsamere Computer, weil für die magnetische Datenspeicherung ein elektrisches Feld ausreichen würde. Forschende am PSI haben ein solches Material jetzt für die Betriebstemperaturen von Computern tauglich gemacht.
Auf dem Weg zu neuen Leistungstransistoren
Von einem neuartigen Leistungstransistor aus Galliumnitrid verspricht sich die Elektronikindustrie erhebliche Vorteile gegenüber derzeit eingesetzten Hochfrequenztransistoren. Doch noch sind eine Vielzahl grundlegender Eigenschaften des Materials unbekannt. Forschende am Paul Scherrer Institut PSI haben nun erstmals den Elektronen im angesagten Transistor beim Fliessen zugeschaut. Sie nutzten dafür eine der weltweit besten Quellen für weiches Röntgenlicht an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz des PSI.
Licht für Biomoleküle und blitzschnelle Prozesse
Der 16. Mai ist der Internationale Tag des Lichts. Die am PSI betriebene Forschung mit Licht ermöglicht Fortschritte in der Biologie und Pharmazie, dient aber auch zur Entwicklung neuer Materialien für die Datenspeicherung oder neuer medizinischer Technologien.
Strom aus Nanomagneten
Oles Sendetskyi, Gewinner eines Founder Fellowships am Paul Scherrer Institut PSI, will die Umpolung von Nanomagneten nutzen, um eine nachhaltige Stromquelle für Kleingeräte zu entwickeln.
Gezielt bessere Metalle entwickeln
Helena Van Swygenhoven-Moens untersucht an den Grossforschungsanlagen des PSI das Innenleben von Metallen. Die Uhrenindustrie verlangt nach kleinen robusten Federn und Ingenieure wollen grosse Turbinenschaufeln ohne Materialverspannungen.
Tauchgang in einen Magneten
Zum ersten Mal haben Forschende die Richtungen der Magnetisierung in einem dreidimensionalen magnetischen Objekt sichtbar gemacht. Die kleinsten Details in ihrer Visualisierung waren dabei zehntausend Mal kleiner als ein Millimeter. In der sichtbar gemachten magnetischen Struktur stach eine Art von Muster besonders hervor: magnetische Singularitäten namens Bloch-Punkte, die bisher nur in der Theorie bekannt waren.
Nanomaterial hilft Sonnenenergie zu speichern: effizient und kostengünstig
Damit Sonnen- und Windenergie in Form von Wasserstoff gespeichert werden können, werden effiziente Elektrolyseure benötigt. Dank eines neuen Materials, das Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der Empa entwickelt haben, dürften diese Geräte in Zukunft günstiger und effizienter werden. Die Forschenden haben auch gezeigt, wie sich das neue Material zuverlässig in grossen Mengen herstellen lässt, und seine Leistungsfähigkeit in einer technischen Elektrolysezelle, der Hauptkomponente eines Elektrolyseurs, nachgewiesen.
Benzin und Chemikalien aus Pflanzenresten
Lignin fällt als Bestandteil vieler Pflanzen in grossen Mengen an und könnte theoretisch als Ausgangsstoff für die Herstellung von Treibstoffen und Chemikalien genutzt werden. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der ETH Zürich haben eine Methode entwickelt, mit der sich die Vorgänge bei der katalytischen Aufspaltung von Lignin im Detail beobachten lassen. Mit dem gewonnenen Wissen lassen sich die Herstellungsverfahren in Zukunft gezielter verbessern.
Quarzpulver für den Akku der Zukunft
Materialforschende des PSI haben eine Methode entwickelt, die entscheidende Einblicke in die Lade- und Entladeprozesse von Lithium-Schwefel-Akkus ermöglichen. Die Methode offenbarte zudem: Mit Quarzpulver als Akku-Zusatz steigt die darin verfügbare Energie und der allmählich eintretende Kapazitätsverlust fällt deutlich schwächer aus.
3-D-Röntgenbild macht feinste Details eines Computerchips sichtbar
Forschende des PSI haben detaillierte 3-D-Röntgenbilder eines handelsüblichen Computerchips erstellt. In ihrem Experiment haben sie ein kleines Stück aus dem Chip untersucht, das sie zuvor herausgeschnitten hatten. Diese Probe blieb dabei während der Messung unbeschädigt. Für Hersteller ist es eine grosse Herausforderung, zu bestimmen, ob der Aufbau ihrer Chips am Ende den Vorgaben entspricht. Somit stellen diese Ergebnisse eine wichtige Anwendung eines Röntgen-Tomografieverfahrens dar, das die PSI-Forschenden seit einigen Jahren entwickeln.
Wahlweise elektrisch leitend oder isolierend
Das Material Neodym-Nickel-Oxid ist je nach seiner Temperatur entweder ein Metall oder ein Isolator. Die Möglichkeit, diesen Übergang elektrisch zu steuern, macht das Material zu einem möglichen Kandidaten für Transistoren in modernen elektronischen Geräten. Mittels einer ausgeklügelten Weiterentwicklung der Röntgenstreuung konnten Forschende am Paul Scherrer Institut PSI nun die Ursache dieses Übergangs nachvollziehen: Rund um die Sauerstoffatome sortieren sich die Elektronen um.
An den PSI-Grossforschungsanlagen denken Physiker die Nobelpreis-Theorien weiter
Der diesjährige Nobelpreis für Physik geht an David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz. Die Akademie zitiert in ihrem Hintergrundbericht auch Experimente, die Michel Kenzelmann, heute Laborleiter am PSI, durchgeführt hat. Er und weitere Forschende am PSI experimentieren weiterhin noch auf der Grundlage der Theorien, die jetzt mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden.
So halten Akkus länger und laden schneller
Forschende des PSI und der ETH Zürich haben ein sehr einfaches und kostengünstiges Verfahren entwickelt, um die Leistung herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus deutlich zu steigern. Ob Armbanduhr, Smartphone, Laptop oder Auto, für alle Anwendungsbereiche lassen sich so die Akkus optimieren. Demnach hält eine Ladung nicht nur deutlich länger, auch das Aufladen erfolgt schneller.
Neues Teilchen könnte Grundlage energiesparender Elektronik bilden
Das erst im vergangenen Jahr entdeckte Weyl-Fermion bewegt sich in Materialien praktisch ohne Widerstand. Nun zeigen Forscher einen Weg, wie man es in elektronischen Bauteilen einsetzen könnte.
Massstabsgetreues Mikro-Matterhorn
Forschende des Paul Scherrer Instituts haben in grosser Zahl detaillierte Modelle des Matterhorns erzeugt, die jeweils weniger als ein Zehntel eines Millimeters gross sind. Damit führen sie vor, wie so feine 3-D-Objekte in Serie hergestellt werden könnten. Materialien, deren Oberfläche mit einem Muster aus solchen winzigen 3-D-Strukturen versehen ist, haben oft besondere Eigenschaften, die beispielsweise helfen könnten, den Verschleiss von Maschinenbauteilen zu reduzieren.
Die Forschungsanlage Hotlabor
Start der öffentlichen Auflage für eine Erneuerung der Betriebsbewilligung der Forschungsanlage Hotlabor am Paul Scherrer Institut PSIDas Hotlabor am Paul Scherrer Institut PSI ist eine Anlage, in der Forscherinnen und Forscher hoch radioaktive Materialien in speziellen abgeschirmten Kammern – die Hotzellen oder auch Heisse Zellen genannt werden – untersuchen. Die Anlage ist in der Schweiz einzigartig. Sie dient der angewandten Materialforschung an stark radioaktiven Proben aus Kerneinbauten und Brennstäben von Kernkraftwerken, Forschungsreaktoren und den PSI-Bestrahlungseinrichtungen. Mit dem Betrieb des Hotlabors leistet das Paul Scherrer Institut daher auch einen Beitrag zur Sicherheit der Schweizer Kernkraftwerke. Rund 32 Mitarbeitende betreuen die sicherheitstechnische und analytische Infrastruktur des Hotlabors.
Ins rechte Licht gerückt
Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI konnten mit handelsüblicher Kamera-Technologie Terahertzlicht visualisieren. Damit eröffnen sie nicht nur eine kostengünstige Alternative zum bisher üblichen Verfahren. Auch die Bildauflösung konnten sie im Vergleich um das 25-Fache verbessern. Durch seine besonderen Eigenschaften ist Terahertzlicht für viele Anwendungen interessant. Am PSI wird es bei den Experimenten am Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL zum Einsatz kommen.
Winzige Magnete imitieren Dampf, Wasser und Eis
Aus einer Milliarde winziger Magnete haben Forschende am Paul Scherrer Institut PSI ein künstliches Material erschaffen, ein sogenanntes Metamaterial. Überraschenderweise zeigt sich nun, dass seine magnetischen Eigenschaften sich je nach Temperatur ändern, so dass es verschiedene Zustände einnehmen kann; ähnlich wie Wasser einen gasförmigen, flüssigen und festen Zustand hat.
Auf der Suche nach dem kleinsten Bit
Für immer kompaktere Speichermedien der Zukunft müssen magnetische Bereiche – die Speicherbits – immer kleiner werden. Doch wie klein kann ein Magnet überhaupt werden? Frithjof Nolting und seine Kollegen erforschen am Paul Scherrer Institut PSI den Nanomagnetismus.
Kleinstmöglicher Lichtblitz erzeugt
Am Paul Scherrer Institut ist es Forschenden gelungen, den kleinstmöglichen Blitz aus Terahertzlicht zu erzeugen. Damit eröffnet sich ein neuer Weg, um die Eigenschaften von Materialien zu untersuchen.