Materie und Material

Forschende am Paul Scherrer Institut PSI haben besondere Nano-Wirbel in einem Material zum ersten Mal nachgewiesen: sogenannte antiferromagnetische Skyrmionen.

Forschende am PSI haben ein Material untersucht, das sich für zukünftige Anwendungen in der Datenspeicherung eignen könnte. Mit einem Trick haben sie die Kristallstruktur ihrer Probe gezielt verzerrt und dabei vermessen, wie dies die magnetischen und elektronischen Eigenschaften beeinflusst.

Zeolithe sind bereits heute unerlässliche Hilfsmittel in der chemischen Industrie – Forschende vom Paul Scherrer Institut PSI und von der ETH Zürich schlagen jetzt Wege vor, diese noch leistungsstärker zu machen.

Mit dem Hochintensitäts-Protonenbeschleuniger HIPA erzeugt das Paul Scherrer Institut Elementarteilchen, um zu klären, wie das Universum aufgebaut ist. Mithilfe von Pionen, Myonen und Neutronen führen die Forschenden Experimente durch, um das Standardmodell der Elementarteilchenphysik zu überprüfen.

Exotische Atome, in denen Elektronen durch andere Teilchen ersetzt werden, ermöglichen tiefe Einblicke in die Quantenwelt. Nach acht Jahren gelang einer internationalen Gruppe von Forschenden an der Pionenquelle des PSI ein schwieriges Experiment: Sie schufen ein künstliches Atom, sogenanntes «pionisches Helium».

Am Paul Scherrer Institut PSI haben Forschende Einblicke in ein vielversprechendes Material für organische Leuchtdioden (OLEDs) erhalten. Das neue Verständnis wird helfen, Leuchtmaterialien mit hoher Lichtausbeute zu entwickeln, die kostengünstig herzustellen sind.

Die neue Strahllinie am Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL des PSI ist schon bald einsatzbereit. Im Dezember lieferte «Athos» das erste Mal Laserlicht − zur Freude der Forschenden, die mit dem Aufbau betreut sind, sogar früher als erwartet.

Tomogramme aus dem Inneren von Fossilien, Hirnzellen oder Computerchips liefern neue Erkenntnisse über feinste Strukturen. Die 3-D-Bilder gelingen mithilfe der Röntgenstrahlen der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS dank eigens entwickelter Detektoren und raffinierter Computeralgorithmen.

Mit einer neu entwickelten Untersuchungsmethode konnten Forschende die magnetische Struktur im Inneren eines Materials mit Nanometer-Auflösung abbilden. Ihnen gelang ein kurzer «Film» aus sieben Bildern, der erstmalig in 3-D zeigt, wie sich winzige Wirbel der Magnetisierung tief im Inneren eines Materials verändern.

Am 10. Februar soll die ESA-Mission «Solar Orbiter» starten. Mit dabei ist auch das Schweizer Röntgen-Teleskop STIX – mit Detektoren entwickelt am PSI.

Forschenden des PSI simulieren und modellieren sowohl Grossforschungsanlagen als auch Experimente, zum Beispiel in den Material- und Biowissenschaften. Wie sie dabei vorgehen erklärt Andreas Adelmann, Leiter des PSI Labors für Simulation und Modellierung.

Traditionell werden Geigen lackiert, um sie vor Luftfeuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen zu schützen. Ein Wissenschaftler-Team hat am PSI untersucht, welchen Einfluss unterschiedliche Anstriche auf das Instrument haben. Tatsächlich sollte man auf den Lack keinesfalls komplett verzichten.

Forschende des Labors für Simulation und Modellierung des PSI lösen durch die Kombination von Theorie, Modellierung und Hochleistungsrechnen komplexeste Probleme. Mit leistungsfähigen Computern simulieren sie kleinste Moleküle oder Grossforschungsanlagen.

Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI haben eine neues Verfahren entwickelt, mit dem sich faserverstärkte Verbundwerkstoffe präzise durchleuchten lassen. Das könnte helfen, bessere Materialien mit neuartigen Eigenschaften zu entwickeln.

Er erinnert an einen Papiervogel, der mithilfe der japanischen Faltkunst Origami gefertigt wurde: ein Mikroroboter, der die Kraft von Magnetfeldern nutzt, um sich zu bewegen. Unter anderem in der Medizin könnten solche winzigen Maschinen bei Operationen zum Einsatz kommen.

Eine 3500 Jahre alte Bronzeplastik wird an der Neutronenquelle SINQ des PSI vermessen. Damit können Restauratoren einen einzigartigen Blick ins Innere des Sensationsfundes werfen – und Erkenntnisse über dessen Verarbeitung gewinnen.

Die neueste Grossforschungsanlage am PSI, der SwissFEL, ist fertiggestellt. Im Januar 2019 begann der Regelbetrieb. Henrik Lemke, Leiter der Gruppe SwissFEL Bernina, zieht eine erste Zwischenbilanz.

Erstmals haben PSI-Forschende mithilfe von Neutronen auch sehr starke Magnetfelder sichtbar gemacht, die bis zu eine Million Mal stärker sind als das Erdmagnetfeld. Damit lassen sich nun auch Magnete untersuchen, die bereits in Geräte wie Magnetresonanztomografen oder Lichtmaschinen eingebaut sind.

Forschende des PSI haben mechanische Vorgänge in Feststoffbatterien so genau wie noch nie beobachtet. Mittels Röntgentomografie an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS entdeckten sie, wie sich Risse im Inneren der Batterien ausbreiten. Die Erkenntnisse können dabei helfen, Akkus für Elektroautos oder Smartphones sicherer und leistungsfähiger zu machen.

Eine besondere Art von Teilchen, sogenannte Weyl-Fermionen, waren bislang nur in bestimmten nicht-magnetischen Materialien gefunden worden. Jetzt aber haben PSI-Forschende sie erstmals auch in einem besonderen paramagnetischen Material experimentell nachgewiesen.