World of Metallurgy ERZMETALL 68 2015 No 3 129 Economics Technology and Science Science Kleine Metallcluster mit subatomarer Auflösung abgebildet Neues Verfah ren mit Rasterkraftmikroskop Me tallcluster die nur aus wenigen Eisen atomen aufgebaut sind konnten jetzt erstmals mit subatomarer Auflösung abgebildet werden Forscher der Uni versität Regensburg und der Ludwig Maximilians Universität München nutzten dazu ein Rasterkraftmikro skop Die Abbildungen der Cluster zeigen sowohl deren interne Struktur als auch die atomare Anordnung auf einer dicht gepackten Kupferober fläche Cluster aus Eisenatomen sind für die Entwicklung von Kleinstmag neten oder für die Abgasreinigung in Katalysatoren von großer Bedeutung Die Entwicklung der Rasterkraftmi kroskopie hat in den letzten Jahren zu enormen Fortschritten im Bereich der Nanowissenschaften geführt Sie ermöglicht eine detaillierte Abtastung von Oberflächen Dies geschieht al lerdings nicht optisch wie bei einem Lichtmikroskop sondern durch me chanisches Abtasten ähnlich dem Lesen von Blindenschrift So kann ein Rasterkraftmikroskop einzelne Atome auf einer Oberfläche sichtbar machen Bis jetzt konnten Atome allerdings nur als einzelne Hügel ohne weitere Struktur abgebildet werden Dasselbe galt bislang für Cluster Hier lieferte lediglich die Höhe der Hügel Rück schlüsse über die Zahl der beinhalte ten Atome Die Forscher um Prof Dr Franz J Gießibl vom Institut für Ex perimentelle und Angewandte Physik der Universität Regensburg haben nun einzelne Eisenatome und Cluster aus wenigen Eisenatomen untersucht Die begleitende theoretische Basis für ihre Versuche haben Forscher um PD Dr Diemo Ködderitzsch und Prof Dr Hu bert Ebert vom Department Chemie der LMU München gelegt So haben sie mit Hilfe der Dichtefunktionaltheo rie auf quantenphysikalischen Grund lagen unter anderem berechnet wie sich die Eisenatome im Cluster auf der Kupferoberfläche vorzugsweise aus richten Kalkulation und Experiment bestätigten sich gegenseitig Die neu en Aufnahmen zeigen Eisenatome als klar abgrenzbarer Ring mit drei Er hebungen Abbildung 1 Mit dem Ver fahren ist es somit möglich die Form der Elektronenhülle jedes Atoms zu sehen und auch abzuzählen wie vie le Atome in einem Cluster vorhanden sind Zudem geben die neuen Bilder Einblicke in die Bindungssymmetrie der Eisenatome Gießibl gilt als Pionier der Rasterkraftmikroskopie Er ist der Erfinder des sogenannten qPlus Sen sors einem auf einem Quarzfederbal ken basierenden hochempfindlichen Sensor für die Kraftmikroskopie Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sei nes Lehrstuhls arbeiten schon länger mit Forschern der LMU München im Rahmen des Sonderforschungsbe reichs SFB 689 Spinphänomene in reduzierten Dimensionen zusammen Presse Information v 19 3 2015 Symphonie im Stahl Was macht Eisen bei hohen Temperaturen stabil Seit langem beschäftigen sich Materialwis senschaftler mit dieser Frage die sowohl für die Stahlherstellung als auch dessen Verarbeitung von immenser Relevanz ist Nun gelang es Forschern der Ab teilung Computergestütztes Material design am Düsseldorfer Max Planck Institut für Eisenforschung MPIE in Zusammenarbeit mit Kollegen vom California Institute of Technology Caltech mit völlig neuen theoreti schen Ansätzen und aufwendigen ex perimentellen Untersuchungen dieser Frage auf den Grund zu gehen Eisen gehört zu den kristallinen Materialien das heißt die Eisenatome sind in einem Gitter angeordnet und weisen eine be stimmte Struktur auf Mit zunehmen der Temperatur beginnen die Atome um ihre Plätze im Gitter mehr und mehr zu schwingen ähnlich den Sai ten einer Geige die stärker gestrichen oder gezupft werden Wissenschaftler sprechen hier von Gitterschwingungen Bei Stählen die überwiegend aus mag netischen Eisenatomen bestehen exis tieren neben diesen atomaren Schwin gungen auch magnetische Anregungen Hierfür kann man sich jedes Eisenatom als kleinen Magneten vorstellen der bei hohen Temperaturen seine Ausrichtung umdreht und ähnlich wie das Schließen von Flötenventilen durch den neuen Zustand für ganz eigene Klänge in einem solchen Duett sorgt Atomare Schwingungen und magnetische Anre gungen beeinflussen die Stabilität von Stählen bei hohen Temperaturen Da bei kann man sich die Eisenatome in Abbildung 2 als Kugeln dargestellt als kleine Magneten vorstellen die bei zu nehmender Temperatur ihre Ausrich tung umdrehen graue Pfeile Die neu entwickelte Methode erlaubt erstmals die Berechnung des gegenseitigen Ein flusses von atomaren Schwingungen und magnetischen Anregungen über den kompletten Temperaturbereich zu berechnen Abb 1 Kraftmikroskopie Bild eines Clusters aus vier Eisenatomen auf einer Kup feroberfläche Die Vertiefungen zeigen jeweils ein Atom der Kupferoberfläche mit einer Größe von 255 pm Abb 2 Atomare Schwingungen und magnetische Anregungen beeinflussen die Stabilität von Stählen bei hohen Temperaturen Bild Max Planck Institut für Eisenforschung GmbH

Vorschau World of Metallurgy 3/2015 Seite 23
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