Podcasts about nanostruktur

Kto pamięta poruszany już w Radiu Naukowym arcyciekawy temat materiałów kwantowych? Gość dzisiejszego odcinka, prof. Mariusz Krawiec, w swojej pracy łączy dwie z najgorętszych obecnie technologii: właśnie materiały kwantowe i technologie wodorowe. W tym roku otrzymał na to dwumilionowy grant Narodowego Centrum Nauki.Co sprawia, że naukowcy analizują właśnie wodór jako paliwo przyszłości? – Przede wszystkim jest go bardzo dużo – wyjaśnia mój rozmówca. – Do tego jest ekologiczny: w wyniku spalania wodoru powstaje zwykła woda, nic więcej – dodaje. Oczywiście, próbuję profesora podejść z lewa czy prawa – musi być jakiś haczyk. Na wszystkie wątpliwości wyczerpująco odpowiada.Rozmawiamy o różnych, mniej lub bardziej ekologicznych metodach produkcji wodoru (dowiecie się, dlaczego bezbarwny wodór w mediach określa się jako szary, turkusowy, zielony, czy różowy), pytam też o zagrożenia związane ze spalaniem wodoru (przecież to skrajnie wybuchowe!) oraz o sposoby wykorzystywania i magazynowania.Właśnie w związku z magazynowanie wodoru wkraczają materiały kwantowe. – Magazynowanie z wykorzystaniem materiałów dwuwymiarowych to jedna z bardziej obiecujących dróg, które obecnie są rozważane – opowiada fizyk. Czy to znaczy, że jest jednym z naukowców pracujących nad grafenem? Otóż nie. Potencjalne zbiorniki na wodór będą bowiem… z silicenu. – To krzemowy odpowiednik grafenu – wyjaśnia naukowiec.Właściwości elektronowe ma bardzo podobne, ale nie układa się w idealny plaster miodu jak grafen. Struktura atomowa silicenu przypomina bardziej wytłaczankę do jajek. Do czego jeszcze można wykorzystać taki materiał? – Z silicenem wiąże się bardzo duże nadzieje, jeśli chodzi o przyszłą elektronikę – wskazuje profesor.Z tego odcinka dowiecie się, jak w warunkach laboratoryjnych powstaje epitaksjalny silicen (oraz cóż znaczy ten tajemniczy przymiotnik), jakie jeszcze wymyślono sposoby jego zastosowania, co to jest „klątwa Landaua” i kiedy została przełamana, czy lepiej napędzać wodorem autobus, czy samochód osobowy, jak jeszcze można magazynować wodór i czy można by nim „napalić w kominku”.Profesor Krawiec jest kierownikiem Katedry Fizyki Powierzchni i Nanostruktur w Instytucie Fizyki na Wydziale Fizyki, Matematyki i Informatyki UMCS w Lublinie.Rozmowę nagrałam w czasie ósmej podróży Radia Naukowego. Podróże są możliwe dzięki wsparciu na patronite.pl/radionaukowe. Liczy się każde wsparcie, w grupie siła!

Noch nie etwas von Strukturbiologie gehört? Dieses Spezialgebiet befasst sich damit,den Aufbau von Molekülen zu entschlüsseln, beispielsweise durch die Messung des von ihnen reflektierten Röntgenlichts. Doch weil die Forschungsobjekte so unfassbar klein sind, bedarf es ausgefeilter Messmethoden und Software, um am Computer dreidimensionale Modelle von Molekülen zu bauen – so auch von jenen 28 Proteinen, die man landläufig als das Coronavirus bezeichnet. Andrea Thorn, die am Institut für Nanostruktur- und Festkörperphysik an der Universität Hamburg arbeitet, hatte früh erkannt, was ihr Fachgebiet sozusagen hinter den Kulissen zur Bekämpfung der Pandemie beitragen kann. Denn wenn man weiß, wie die Proteine aufgebaut sind, die eine menschliche Zelle in eine Virusfabrik umfunktionieren, gibt es einen Ansatzpunkt für Abwehrmaßnahmen. Hat man etwa ein Bild von der „Kopiermaschine“, mit der das Virus sein eigenes Erbgut tausendfach vervielfältigt, gewinnt man einen Hebel, um diesen Mechanismus zu sabotieren. Die Coronavirus Structural Task Force, die Thorn leitet, hat seit März 2020 nicht nur Basisarbeit für die Entwicklung von Impfstoffen geleistet. Die Truppe selbst ist ein für den Wissenschaftsbetrieb total untypischer, lockerer Zusammenschluss von jetzt weltweit 27 Forscherinnen und Forschern meist aus dem wissenschaftlichen Nachwuchs. Sie alle haben sich kurzentschlossen selbst organisiert, weil es ihnen einfach wichtig war, ihr Wissen zu teilen und die Beschaffenheit des SARS-CoV-2-Virus zu verstehen. Die Erkenntnisse der Task Force wurden für alle frei im Internet veröffentlicht – um anderen Wissenschaftlern zu helfen, die Pandemie zu stoppen. Als Methodenentwickler stehen sie kaum im Rampenlicht, doch viele Forschungserfolge, die später mit Medizin-Nobelpreisen belohnt wurden, wären ohne die Strukturbiologie undenkbar gewesen. Das Gespräch wurde Ende März 2021 aufgezeichnet.

Angefangen hat alles mit Graphit in allerkleinster Nanostruktur. Seit ihrer Promotion erforscht FU-Professorin Stephanie Reich die Welt der winzigen Teilchen. Beim Lunchtalk Soup & Science erzählt sie, wie aus Graphit Gold wurde und warum Physikprofessorin an der Freien Universität Berlin ein Traumjob ist.

Schwerpunkt: Claudia Zeiger vom Karlsruher Institut für Technologie über biologische Mikro- und Nanostrukturen, nach deren Vorbild sich künstliche Oberflächen mit erstaunlichen Eigenschaften herstellen lassen || Nachrichten: Erste Nahaufnahmen von Pluto | Buckyballs in Milchstraße | Aerosole machen Wolken heller

Schwerpunkt: Tim Liedl von der Ludwig-Maximilians-Universität in München erklärt, wie sich mithilfe von DNA-Bausteinen gezielt nanostrukturierte Materialien herstellen lassen. || Nachrichten: Sternsystem mit sieben Planeten entdeckt | Wie aus wenigen Teilchen ein Vielteilchensystem wird | Mit Strömungsphysik zur perfekten Teigmischung || Veranstaltungen: Hamburg | Dortmund | München

Kolloidale Halbleiternanokristalle sind aufgrund ihrer vom Ultravioletten bis weit ins Infrarote durchstimmbaren Emissionswellenlänge besonders interessante Nanostrukturen für zukünftige optoelektronische Bauelemente und werden daher zurzeit intensiv erforscht. Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht die Untersuchung und Manipulation der Lichtemission von neuartigen, stäbchenförmigen Cadmiumselenid/Cadmiumsulfid (CdSe/CdS) Nanokristallen in einem Einzelpartikelfluoreszenzaufbau. Diese Nanokristalle bestehen aus einem sphärischen CdSe-Kern, an den ein CdS-Nanostäbchen monokristallin gewachsen wird. Dadurch entstehen räumlich asymmetrische Halbleiternanostäbchen mit einem Aspektverhältnis zwischen 1,6 und 4,0. Durch die Messung der strahlenden Rate konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass das Elektron über das gesamte Nanostäbchen delokalisiert ist, wohingegen das Loch im CdSe-Kern lokalisiert ist. Daher kann man durch die Länge des Cadmiumsulfidstäbchens den Wellenfunktionsüberlapp direkt manipulieren. Die Wellenfunktionen und damit die Emissionsenergien können neben der Geometrie insbesondere auch durch externe elektrische Felder kontrolliert werden. Da die Größe dieses so genannten „Starkeffekts in quantenbeschränkten Strukturen“ mit der räumlichen Ausdehnung der Nanostruktur zunimmt, konnte in den Nanostäbchen ein, verglichen zu sphärischen Nanokristallen, deutlich erhöhter Feldeffekt beobachtet werden. Experimente an einzelnen CdSe/CdS Nanostäbchen zeigen aber nicht nur eine Verschiebung der Emissionsenergie um das 50-fache der Linienbreite, sondern zugleich eine feldinduzierte Abnahme der Emissionsintensität um eine Größenordnung. Die experimentellen Ergebnisse lassen sich hervorragend mit einem theoretischen Modell vergleichen. Dazu wurde das effektive Massenmodell um die Coulombwechselwirkung ergänzt und durch eine finite Elemente Methode für asymmetrische Geometrien erweitert. Damit ist es möglich, sowohl die strahlende Rate, die Starkverschiebung der Emissionsenergie wie auch die Intensitätsmodulation durch elektrische Felder qualitativ und quantitativ vorherzusagen und den Starkeffekt in kolloidalen Nanokristallen durch ein quantenmechanisches Modell zu beschreiben. Die Emissionscharakteristik wird nicht nur durch externe Felder, sondern auch durch Fluktuationen lokaler Felder beeinflusst, welche durch diffundierende Oberflächenladungen entstehen. Diese lokalen Feldveränderungen induzieren ebenfalls eine Starkverschiebung und führen zu einer zeitlichen Variation der Emissionsenergie. Durch die elongierte Form der Nanostäbchen ist es erstmals gelungen, bei kolloidalen Nanokristallen die Bewegung von Oberflächenladungen auf der Nanometerskala zu beobachten. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass man dabei zwischen einer zufälligen Bewegung der Oberflächenladungen um den Ladungsschwerpunkt und der Verschiebung des Ladungsträgerschwerpunkts unterscheiden kann.