Materialforschung
Magnete aus unmagnetischen Metallen
Ein international zusammengesetztes Forschungsteam hat zum ersten Mal gezeigt, wie man von Natur aus unmagnetische Metalle wie etwa Kupfer magnetisch machen kann. Die Entdeckung könnte helfen, neuartige Magnete für unterschiedlichste technische Anwendungen zu entwickeln. Messungen, die für das Verständnis des Phänomens entscheidend waren, wurden am PSI durchgeführt. Nur hier lassen sich magnetische Vorgänge im Inneren von Materialien in dem nötigen Detail untersuchen.
Sieben Nanometer für die Elektronik der Zukunft
Forschenden des Paul Scherrer Instituts ist es gelungen, in einem Halbleitermaterial regelmässige Muster zu erzeugen, die 16 Mal kleiner sind als diejenigen heutiger Computer-Chips. Damit haben sie einen wichtigen Schritt zu noch kleineren Computerbauteilen gemacht. Strukturen dieser Grösse sieht die Industrie als Standard für das Jahr 2028 vor.
Forschen Richtung Zukunft
Interview mit Gabriel AeppliSeit 2014 ist Gabriel Aeppli Leiter des Forschungsbereichs Synchrotronstrahlung und Nanotechnologie am PSI. Zuvor hat der gebürtige Schweizer in London ein führendes Forschungszentrum für Nanotechnologie aufgebaut. Im Interview erläutert Aeppli wie sich die Forschungsansätze der Zukunft an den Grossforschungsanlagen des PSI umsetzen lassen und spricht über seinen Blick auf die Schweiz.
Neuer Laser für Computerchips
Germanium-Zinn-Halbleiterlaser lässt sich direkt auf Siliziumchips aufbringenWinzige Laser, die in Computerchips aus Silizium eingebaut werden, sollen in Zukunft die Kommunikation innerhalb der Chips und zwischen verschiedenen Bauteilen eines Computers beschleunigen. Lange suchten Experten nach einem dafür geeigneten Lasermaterial, das sich mit dem Fertigungsprozess von Siliziumchips vereinbaren lässt. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich und des Paul Scherrer Instituts PSI haben hier nun einen wichtigen Fortschritt erzielt.
Batman zeigt den Weg zu kompakter Datenspeicherung
Forschenden am Paul Scherrer Institut PSI ist es gelungen, winzige magnetische Strukturen mit Laserlicht umzuschalten und die Veränderung zeitlich zu verfolgen. Dabei blinkte kurz ein nanometergrosser Bereich auf, der skurrilerweise an das Fledermaus-Symbol von Batman erinnert. Die Forschungsergebnisse könnten die Datenspeicherung auf Festplatten kompakter, schneller und effizienter machen.
Erstaunliches Verhalten in Hochtemperatursupraleitern beobachtet
Neuer Effekt möglicherweise wichtig für grundsätzliches VerständnisEin international besetztes Forschungsteam hat in Experimenten am PSI ein neues unerwartetes Verhalten in kupferbasierten Hochtemperatursupraleitern beobachtet. Die Erklärung des neuen Phänomens à einer unerwarteten Form gemeinsamer Bewegung der elektrischen Ladungen à stellt für die Forschenden eine grosse Herausforderung dar. Sollte sie gelingen, könnte das einen wichtigen Schritt zum Verständnis der Hochtemperatursupraleitung an sich darstellen.
Nützlich für Spintronik: kostspieliger Spurwechsel auf der Elektronenautobahn
Der Bedarf an immer schnelleren und effizienteren Bauteilen für die Elektronik wächst rasant. Dafür braucht es neue Materialien mit neuen Eigenschaften. Hierbei spielen Oxide, insbesondere auf Basis von Strontiumtitanat (SrTiO3) eine wichtige Rolle. Nun wurde im Rahmen einer internationalen Forschungskooperation unter Leitung des PSI nachgewiesen, dass diese Materialien ein Verhalten zeigen, das für die Spintronik nützlich sein könnte.
Mit Licht neues Material erzeugt
Forschende des Paul Scherrer Instituts haben mithilfe kurzer Lichtblitze aus einem Laser die Eigenschaften eines Materials kurzzeitig so deutlich verändert, dass gewissermassen ein neues Material entstanden ist und die Veränderungen am Röntgenlaser LCLS in Kalifornien untersucht. Nach der Inbetriebnahme des PSI-Röntgenlasers SwissFEL werden solche Experimente auch am PSI möglich sein.
Geordneter Elektronenfluss im Isolator
Forschende des PSI, der EPFL und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben gezeigt, dass das Material SmB6 alle Eigenschaften eines topologischen Isolators zeigt, also eines Materials, an dessen Oberfläche polarisierte Ströme fliessen können. Das Besondere an diesem Material ist, dass die Eigenschaft sehr robust ist à an der Materialoberfläche fliessen nur polarisierte Ströme und die Eigenschaft bleibt auch bei kleinen Unregelmässigkeiten in der Struktur oder Zusammensetzung des Materials erhalten. Polarisierte Ströme sind für die Spintronik à Elektronik, die den Elektronenspin nutzt à wichtig.
Mit Röntgenlaser live beobachtet: Elektrizität steuert Magnetisierung
Forscher von ETH und PSI zeigen, wie sich in neuartigen Materialien die magnetische Struktur schnell ändern lässt. Der Effekt könnte in zukünftigen leistungsfähigen Festplatten Anwendung finden.
Supraleitung mit Magnetfeld eingeschaltet
Meist sieht man Supraleitung und Magnetfelder als Konkurrenten à sehr starke Magnetfelder zerstören in der Regel den supraleitenden Zustand. Physiker des Paul Scherrer Instituts PSI haben nun gezeigt, dass in dem Material CeCoIn5 ein neuartiger supraleitender Zustand erst bei starken externen Magnetfeldern entsteht und dann durch Veränderung des Feldes manipuliert werden kann. Das Material ist auch schon bei schwächeren Feldern supraleitend, bei starken Feldern entsteht aber ein zusätzlicher zweiter supraleitender Zustand, so dass gleichzeitig im selben Material zwei unterschiedliche supraleitende Zustände existieren.
Elektronen mit „gespaltener Persönlichkeit“
Im supraleitenden Material La1.77Sr0.23CuO4 verhält sich oberhalb der Übergangstemperatur ein Teil der Elektronen wie in einem konventionellen Metall, ein anderer Teile wie in einem unkonventionellen à je nach Bewegungsrichtung. Das zeigen Untersuchungen an der SLS. Die Entdeckung dieser Anisotropie liefert einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Hochtemperatursupraleitung. Ausserdem wird man diesen Effekt in zukünftigen Experimenten und Theorien berücksichtigen müssen.
Mit Röntgenstrahlen der Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkus auf der Spur
Mithilfe von Röntgen-Tomographie haben Forschende die Vorgänge in Materialien von Batterie-Elektroden detailliert untersuchen können. Anhand hochaufgelöster 3D-Filme zeigen sie auf, weshalb die Lebensdauer der Energiespeicher begrenzt ist.
PSI-Forscherin Helena Van Swygenhoven erhält angesehene Europäische Förderung (ERC Grant)
Helena Van Swygenhoven, Werkstoffforscherin am Paul Scherrer Institut und Professorin an der ETH Lausanne (EPFL), erhält einen ERC Advanced Grant. Diese angesehene Förderung des Europäischen Forschungsrates in Höhe von 2,5 Millionen Euro wird es ihr ermöglichen, das neues Forschungsprojekt MULTIAX zu begründen. In diesem Projekt wird sie Vorgänge bei der Verformung von metallischen Werkstoffen untersuchen, die zum Beispiel für die Herstellungsprozesse von Autoteilen wichtig sind. Zusätzlich werden in dem Projekt neuartige Verfahren zur Untersuchung von Werkstoffen entwickelt, die dann auch anderen Forschenden zur Verfügung stehen werden.
Magnetisierung im Pikosekundentakt gesteuert
Ein Terahertzlaser, der am Paul Scherrer Institut entwickelt worden ist, macht es möglich, die Magnetisierung eines Materials in Zeiträumen von Pikosekunden gezielt zu steuern. In ihrem Experiment leuchteten die Forscher mit extrem kurzen Lichtpulsen aus dem Laser auf ein magnetisiertes Material. Das magnetische Feld des Lichtpulses konnte die magnetischen Momente aus ihrer Ruhelage auslenken und zwar so, dass sie mit einer geringen Verzögerung exakt dem Verlauf des Magnetfeldes des Lasers folgten. Der in dem Experiment verwendete Terahertzlaser ist einer der stärksten seiner Art weltweit.
Ferromagnetisch und antiferromagnetisch – und das gleichzeitig
Forscher des Paul Scherrer Instituts PSI haben dünne, kristalline Schichten des Materials LuMnO3 hergestellt, die gleichzeitig ferromagnetisch und antiferromagnetisch sind. Die LuMnO3-Schicht ist in unmittelbarer Nähe der Grenzfläche zum Trägerkristall ferromagnetisch; mit zunehmendem Abstand nimmt sie die für das Material sonst übliche antiferromagnetische Ordnung an, während der Ferromagnetismus immer schwächer wird. Die Möglichkeit, zwei verschiedene magnetische Ordnungen innerhalb eines Materials zu erzeugen, könnte von grosser technischer Bedeutung sein.
Winzige Magnete als Modellsystem
Wissenschaftler untersuchen an Nano-Stäbchen, wie sich Materie ordnetUm die magnetischen Wechselwirkungen zwischen Atomen sichtbar zu machen, haben Forschende am PSI ein Modellsystem entwickelt. Es ist so gross, dass es sich bequem unter einem Röntgenmikroskop beobachten lässt und imitiert doch die kleinsten Bewegungen in der Natur. Das Modell: Ringe aus jeweils sechs nanometergrossen magnetischen Stäbchen. Bei Raumtemperatur schwanken die Magnetisierungsrichtungen der einzelnen kleinen Stäbchen ständig und auf natürliche Weise. Die magnetischen Wechselwirkungen zwischen den Stäbchen konnten die Wissenschaftler deshalb in Echtzeit beobachten.
Forschen am SwissFEL: Blick in magnetische Materialien
Materialien mit besonderen magnetischen Eigenschaften spielen für moderne Technologien eine wichtige Rolle à etwa in Festplatten, auf denen Informationen im Computer gespeichert werden. Forschungen am SwissFEL werden helfen, neue magnetische Materialien zu entwickeln und schnelle Veränderungen in solchen Materialien live zu beobachten. So könnte man sehen, was genau in einer Festplatte geschieht, wenn man den Speicherinhalt ändert.
Germanium – zum Leuchten gezogen
Forscher des PSI und der ETH Zürich haben mit Kollegen vom Politecnico di Milano in der aktuellen Ausgabe der wissenschaftlichen Fachzeitschrift "Nature Photonics" eine Methode erarbeitet, einen Laser zu entwickeln, der schon bald in den neuesten Computern eingesetzt werden könnte. Damit könnte die Geschwindigkeit, mit der einzelne Prozessorkerne im Chip miteinander kommunizieren, drastisch erhöht werden. So würde die Leistung der Rechner weiter steigen.
Magnetisches Nanoschachbrett baut sich von selbst zusammen
Forscher des Paul Scherrer Instituts und des Indian Institute of Science Education and Research haben in einer Anordnung magnetischer Moleküle gezielt den Magnetismus in jedem zweiten Molekül abschalten können, so dass ein magnetisches Schachbrettmuster entstand. Darin konnten die Forscher gezielt den Quantenzustand eines Teils der Moleküle manipulieren. Die Möglichkeit, die Zustände einzelner Quantenobjekte gezielt zu verändern, ist eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung von Quantencomputern.