Spintronik: Moleküle stabilisieren Magnetismus
Organische Moleküle auf der Oberfläche von Metallen fixieren dessen magnetische Ausrichtung / Baustein für kompakte und günstige Speichertechnologie / Veröffentlichung in Nature Materials

In der aktuellen Studie wurden drei Molekül-Lagen des Farbstoffes Phtalocynine auf die Oberfläche des Ferromagneten Kobalt aufge-bracht. Die magnetischen Momente der Moleküle richteten sich zum Kobalt und zueinander alternierend aus, die Moleküle bildeten eine sogenannte antiferromagnetische Anordnung. Diese Kombination aus Antiferromagneten und Ferromagneten bewahrt ihre magneti-sche Ausrichtung recht stabil auch unter externen Magnetfeldern oder Abkühlung. „Überraschenderweise gewinnt hier das „leichtge-wichtige“ Molekül das magnetische Armdrücken mit dem „schwer-gewichtigen“ Ferromagneten und gibt die Eigenschaften vor“, so Wulfhekel. Systeme aus Antiferromagneten und Ferromagneten kommen unter anderem im Lesekopf von Festplatten vor. Bislang ist die Herstellung des Antiferromagneten recht aufwendig. Sollten sich Moleküle hier einsetzen lassen, könnten die Antiferromagneten eines Tages einfach aus dem Drucker kommen.
Die aktuelle Fachveröffentlichung entstand in Zusammenarbeit von Forschern des KIT, der Universität Strasbourg und des Synchrotron SOLEIL. Der Erstautor Manuel Gruber war Mitglied der deutsch-französischen Doktorandenschule „Molekulare Elektronik und Hy-bridstrukturen“, indem verschiedene Aspekte von Nanoelektronik, Spintronik und organischer Elektronik erforscht werden.
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) vereint als selbst-ständige Körperschaft des öffentlichen Rechts die Aufgaben einer Universität des Landes Baden-Württemberg und eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemein-schaft. Seine Kernaufgaben Forschung, Lehre und Innovation verbindet das KIT zu einer Mission. Mit rund 9 400 Mitarbeite-rinnen und Mitarbeitern sowie 24 500 Studierenden ist das KIT eine der großen natur- und ingenieurwissenschaftlichen For-schungs- und Lehreinrichtungen Europas.
Das KIT ist seit 2010 als familiengerechte Hochschule zertifiziert.

Nanofaserknäuel aus Natriumtitanat reinigt AKW-Abwasser (Foto: helsinki.fi/en)

Helsinki (pte003/29.06.2018/06:05) –

Natriumtitanat (Na2TiO3) ist ein bewährtes Material, um radioaktive
Stoffe aus Wasser zu entfernen. Bisher wurde es in körniger Form
eingesetzt. Forschern an der University of Helsinki http://helsinki.fi/en ist es jetzt gelungen, Na2TiO3 in eine Form zu bringen, die den
Entgiftungsprozess massiv beschleunigt. Außerdem bleibt weniger
radioaktiver Abfall übrig.

Elektrogesponnenes Natrium

Die Forscher haben Na2TiO3 über das sogenannte
Elektrospinnen in hauchdünne Fäden umgewandelt. Davon knüllten sie
Millionen zusammen. Das verseuchte Wasser läuft durch und wird
gereinigt. Das Verfahren kann bei Störfällen eingesetzt werden, bei
denen radioaktives Wasser frei wird. Es bietet sich auch an, um die
gigantischen Mengen an verseuchtem Wasser, die nach dem Unfall in
Fukushima eingelagert worden sind, zu reinigen. Derzeit arbeitet man
dort mit der herkömmlichen Methode, dem Einsatz von körnigen
Ionentauschern.

"Der Vorteil des elektrogesponnenen Natriumtitanats
liegt darin, dass der Ionenaustausch schneller vonstatten geht", sagt
Risto Koivula, ein Spezialist für die Ionenaustauschtechnik. Beim
Kontakt von Strontium und Na2TiO3 findet ein Austausch von Natrium- und
Strontiumionen statt. Wenn die Kapazität erschöpft ist, muss das gesamte
Material als radioaktiver Abfall sicher eingelagert werden. Weil die
Oberfläche der elektrogesponnenen Fasern weitaus größer ist als die von
körnigem Na2TiO3, fällt weitaus weniger Abfall an.

Viele nanometerdicke Fäden

Die Anlage zur Herstellung der nanometerdicken Fäden
wurde am Exzellenzzentrum für die Abscheidung von Atomlagen auf einem
Substrat aufgebaut, die Mikko Ritala leitet. Die Anlage besteht aus
einer feinen Düse und einem Kollektor. Zwischen ihnen wird eine
elektrische Spannung von einigen 1.000 Volt aufgebaut, die gewissermaßen
das Spinnrad ersetzt, das klassische Gerät zur Herstellung von Garnen.
Das zu verspinnende Material muss in flüssiger Form vorliegen. In diesem
Fall schweben Nanopartikel aus Na2TiO3 in einem Gemisch aus Ethanol und
Essigsäure. Die elektrische Spannung beschleunigt diese Emulsion.

Frankfurt (pte/08.05.2006/13:40) – Digitales Antennenfernsehen ist in
Deutschland auf dem Vormarsch. Heute haben T-Systems
http://www.t-systems.de und das ZDF http://www.zdf.de einen
langfristigen Vertrag über die Verbreitung von DVB-T (Digital Video
Broadcasting – Terrestrial) unterzeichnet. "Der Vorteil von DVB-T ist,
dass man auf einem Kanal, wo man früher nur ein Programm empfangen
konnte, jetzt vier digitale TV-Programme empfängt. Der Ausnützungsgrad
ist also wesentlich höher", erklärt ein Sprecher von T-Systems
gegenüber pressetext. Das digitale Fernsehen verspricht den Zuschauern
mehr Programme sowie bessere Bild- und Tonqualität und
Zusatzinformationen.

Seit dem Start in Berlin im Jahr 2003 können inzwischen rund 50 Mio.
Menschen in Deutschland DVB-T empfangen. Bis Ende 2008 soll DVB-T für
über 90 Prozent der Bevölkerung zu empfangen sein. "Das Ziel ist
deutschlandweites Digitalfernsehen", erklärt T-Systems. Da es nicht
genug leistungsstarke Fernsehkanäle für eine parallele Analog- und
Digitalausstrahlung gibt, bedingt die Einführung von DVB-T die
Einstellung der analog terrestrischen Ausstrahlung. Um weiterhin
Antennenfernsehen empfangen zu können, ist eine Set-Top-Box notwendig,
da die Daten digital im MPEG-2-Format gesendet werden. Diese sei
allerdings schon für weniger als hundert Euro erhältlich.

DVB-T ist auch der Verbreitungsweg von ZDFmobil, einem Programmbouquet
für mobile Fernsehempfänger, die Fernsehen auch im Auto oder im Freien
ermöglichen. In diesem Bouquet stellen das ZDF-Hauptprogramm, der
Informations- und Servicesender ZDFinfokanal, der Kinderkanal KI.KA und
der ZDFdokukanal im Timesharing sowie der Datendienst ZDFdigitext die
Versorgung der Zuschauer mit der ganzen Palette an Information und
Unterhaltung sicher.

Deutschland folgt mit der Umstellung Großbritannien, Schweden sowie
Spanien und Finnland nach, die bereits DVB-T-Netze betreiben.
Frankreich ist in der Umstellung begriffen und auch weltweit setzt sich
DVB-T immer mehr durch – so zum Beispiel in Australien, Indien,
Südafrika, Singapur und Taiwan.

Plastikmüll: Neues Verfahren ist wirtschaftlich

Recycling-Methode von US-Wissenschaftlern der Purdue University funktioniert mit Polyolefinen

(pte002/08.02.2019/06:05) – Forscher der Purdue University http://purdue.edu ergänzen die Verfahren zur Umwandlung von Kunststoffabfällen in
Wertstoffe und lösen damit das Grundproblem aller Umwandlungstechniken –
die Wirtschaftlichkeit. "Unsere Umwandlungstechnik hat das Potenzial,
die Gewinne der Recycling-Industrie zu verbessern und gleichzeitig den
Berg an Plastikmüll schrumpfen zu lassen", sagt Chemieingenieurin Linda
Wang.

Für 100 Mio. Tonnen pro Jahr

Das Verfahren funktioniert mit Polyolefinen, wie sie pro Jahr im
100-Mio.-Tonnen-Maßstab hergestellt werden und nach kurzem Gebrauch
meist im Abfall landen. Das Verfahren beginnt mit der Identifizierung
des Materials, das sich für die Umwandlung eignet, und dessen
Separierung. Bei über 300 Grad Celsius wird der Kunststoff, der in
Wasser schwimmt, in Naphta umgewandelt, auch als Rohbenzin bekannt. Das
ist ein Ausgangsstoff für die Chemische Industrie. Daraus entstehen
flüssige Treibstoffe wie Benzin und Kerosin.

Das neue Verfahren heißt hydrothermale Verflüssigung. Bisher wurde es
vor allem zur Umwandlung von Biomasse in ein Gemisch aus zahlreichen
Kohlenwasserstoffen genutzt, die von der chemischen Industrie
weiterverwendet werden. Aus den jährlich im Abfall landenden
Polyolefinen könnten vier Prozent des weltweiten Jahresbedarfs an
flüssigen Treibstoffen hergestellt werden. Laut der UNO landen pro Jahr
acht Mio. Tonnen Plastikmüll in den Meeren.

Industriepartner werden gesucht

In den vergangenen 65 Jahren hat die chemische Industrie 8,3 Mrd. Tonnen
Kunststoffe hergestellt. Von dem, was aussortiert wurde, werden zwölf
Prozent verbrannt. Acht Prozent wurden recycelt, klagt Wang. Der Rest
landete auf Deponien oder im Meer. Diese Zahlen nahm sie zum Anlass,
eine Technik zu entwickeln, die das Problem löst. Wang hofft, dass ihre
Entwicklung die Recycling-Industrie dazu bringt, die schnell wachsenden
Berge an Plastikmüll abzutragen. Derzeit sucht sie nach
Industriepartnern, um eine Demonstrationsanlage zu bauen, in der sich
größere Mengen an Polyolefinen verwerten lassen.

Materialversagen wird vorhersehbar
Polymer-Komposite: Leuchtende Mikrostrukturen machen innere Schäden sichtbar
 
Materialermüdung rechtzeitig zu erkennen ist eine technisch schwierige Aufgabe, denn Risse oder Schwachstellen im Inneren eines Materialblocks können von außen kaum erkannt werden. Wären Materialschäden frühzeitig erkennbar, könnten jedoch desaströse Unfälle verhindert werden ? wie zum Beispiel das ICE-Unglück in Eschede 1998, das durch einen Riss in einem Metallrad verursacht wurde. Noch schwieriger ist es, Materialschäden in Kompositmaterialien festzustellen. Ein deutsches Forschungsteam hat nun gezeigt, dass die Stabilität von Kunststoffkompositen, denen eine bestimmte Form von Zinkoxid beigemischt ist, mithilfe von Lichteinstrahlung von außen bestimmt werden kann. Das neue Konzept könnte zahlreiche ingenieurtechnische Probleme lösen, da Kunststoffkomposite vom Fahrzeugbau bis hin zur Medizintechnik verbreitet sind und gezielt für Hochbelastungsanwendungen entwickelt werden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und der TU München (TUM) veröffentlichten ihre Ergebnisse nun online im Fachjournal Advanced Materials.
 
?Die Lumineszenz von mikrostrukturierten Zinkoxidtetrapoden ist eine etablierte aber äußerst interessante Eigenschaft, die sich unter mechanischer Belastung verändert. Uns wurde schnell klar, dass man damit innere Materialschäden sichtbar machen könnte?, sagt Dr. Yogendra Mishra von der Technischen Fakultät der CAU. Das Forschungsteam hatte Zinkoxidtetrapoden mit einem Silikonpolymer (Polydimethylsiloxane) vermischt und die Eigenschaften des so entstandenen Kompositmaterials untersucht. Sie fanden heraus, dass das Silikonmaterial durch die Zinkoxidkristalle nicht nur fester wird, sondern auch ein ungewöhnliches Lichtreflexionsverhalten aufweist. Bei Bestrahlung mit UV-Licht verändert sich unter mechanischer Belastung die Intensität des reflektierten Lichtes und damit seine Farbe. ?Die Mikro-Nano-Kristalle geben eine Art optisches Warnsignal, wenn das Kompositmaterial durch Belastung zu versagen droht?, erläutert die Doktorandin Xin Jin. ?Die Veränderung der Leuchteigenschaften von definierten Halbleiter-Mikrostrukturen durch mechanische Beanspruchung – wie wir es für die Zinkoxid-Tetrapoden erstmalig gezeigt haben – könnte auch für viele andere Leuchtstoffsysteme von Bedeutung sein. Wir erwarten weitere spannende Entwicklungen auf dem Gebiet der ?self-reporting materials??, ergänzt Professor Cordt Zollfranck von der TUM.
 
Kompositpolymere werden in zahlreichen Bereichen eingesetzt ? von Zahnimplantaten bis hin zu Raumfahrzeugen. Sie bestehen aus zwei oder mehr Ausgangsmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften ? zum Beispiel Silikon und Zinkoxid ? die im Materialverbund bessere Eigenschaften haben. Je nach Bedarf können sie besonders leicht, mechanisch robust und preiswert herstellbar designt werden. Professor Rainer Adelung, Leiter der Studie, betont: ?Materialien wie die untersuchten Zinkoxidkristalle sind offenbar eine exzellente Komponente für zahlreiche spezielle Kompositmaterialien ? auch in Konstruktionen, deren Versagen zu katastrophalen Unfällen führen kann."
 
Die Studie wurde unter anderem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Sonderforschungsbereiche 677 und 855 gefördert.

mit Project Sunroof (Projekt
Sonnendach) startete Google vor Kurzem einen Dienst, der Hausbesitzern
das Einsparpotenzial von Solaranlagen auf ihrem Dach errechnet.
Allerdings nur für wenige Städte in den USA. Wissenschaftler am
Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben nun mit europäischen
Partnern das Forschungsprojekt EAGLESolar abgeschlossen, das genau dies
in europäischen Städten ermöglicht und dabei noch die lokalen
Gegebenheiten berücksichtigt. Unter den Versuchsregionen befindet sich
auch Karlsruhe mit den Stadtteilen Knielingen und Nordweststadt.

Durch die sinkenden Kosten von Solar- und
Photovoltaik-Anlagen kann jeder Hausbesitzer grundsätzlich selbst Strom
oder Wärme erzeugen. Inwieweit das eigene Hausdach dafür aber geeignet
ist und ob sich eine Anlage lohnt, kann vorab oftmals nur ein
Energieberater einschätzen. In dem von der Europäischen Union mit 2,4
Millionen Euro geförderten Projekt EAGLESolar bestimmten Wissenschaftler
des KIT die Eignung von Dächern mit bisher unerreichter Präzision.

In einem ersten Schritt des Projekts
erstellten Projektpartner hochauflösende Luftbilder verschiedener Städte
in Europa, darunter auch Gemeinden in der Nähe von Karlsruhe. Die
Wissenschaftler vom Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung (IPF)
am KIT erzeugten aus diesen Aufnahmen dreidimensionale Karten, ähnlich
wie bei Google Maps, allerdings mit einer sehr viel höheren Auflösung
von bis zu unter zehn Zentimetern. Die hohe Präzision der Karten ist
deshalb nötig, da die Forscher einen Algorithmus entwickelten, der
anhand dieser 3-D-Karten die potenzielle Solar-Eignung der einzelnen
Dachflächen errechnet. Und je präziser das Modell ist, umso besser
ermitteln automatische Analysen die für Solaranlagen nutzbaren
Dachflächenbereiche und umso näher liegen die Berechnungen an der
Realität.

In die Berechnung des Potenzials eines Daches
fließen einerseits statische Daten wie die zur Verfügung stehende
Dachfläche, die Ausrichtung des Daches und seine Neigung ein.
Andererseits werden aber auch variable Daten wie Schattenflächen
berücksichtigt, die durch andere Häuser, Bäume, Kamine oder Dachgauben
erzeugt werden und den Wirkungsgrad von Solaranlagen beeinträchtigen.
Die Berechnung der Schattenflächen ist komplex, da die Sonne abhängig
von Tages- und Jahreszeit unterschiedliche Schatten wirft. In die
Analysen müssen also alle auftretenden Einstrahlwinkel der Sonne eines
ganzen Jahres mit einbezogen werden.

Für die Berechnung dieser riesigen
Datenmengen, die der Präzision der 3-D-Karten und dem Sonnenverlauf
geschuldet sind, setzten die Projektpartner in der Geokartierung und
Dachanalyse erstmals erfolgreich auf Höchstleistungsrechner. „Diese
Datenmenge mit konventionellen Computern zu verarbeiten ist einfach
nicht zeit- oder kosteneffektiv. Gemeinsam mit Projektpartnern, unter
anderem Rechenzentren für Höchstleistungsrechnen, entwarfen wir
Arbeitsabläufe, mit denen wir über paralleles Rechnen effektive
Ergebnisse erzielten“, sagt Stefan Hinz, Leiter des Instituts für
Photogrammetrie und Fernerkundung. Auf normalen PCs werden Berechnungen
in kleine Pakete aufgeteilt und nacheinander abgearbeitet. Bei
Höchstleistungsrechnern werden diese Pakete gleichzeitig, also
„parallel“ berechnet, was zu deutlich schnelleren Ergebnissen führt.

Projektpartner kombinierten diese
Eignungsdaten der Dächer wiederum mit regionalen Wetterdaten wie der
durchschnittlichen Wolkendichte oder der Anzahl der Sonnenstunden, um
daraus Vorhersagen über die zu erwartende Strom- und Wärmeerzeugung zu
treffen. Ein automatischer Abgleich mit tagesaktuellen Stromtarifen und
Fördermöglichkeiten errechnet letztendlich das konkrete geldwerte
Einsparpotenzial.

Auf der Webseite www.eaglesolar.eu können unter anderem Anwohner aus Knielingen und Nordweststadt die in
englischer Sprache verfügbaren Dach-Analysen unter „Anmelden“ direkt
abrufen. Ein Video demonstriert das Portal:
http://eaglesolar.eu/eagle/images/manuals/EAGLE_Test_Large.mp4

Das entwickelte System ermöglicht eine
weitergehende Nutzung in ganz Europa. Ein Video auf YouTube erklärt das
Projekt anschaulich (in englischer Sprache):
https://www.youtube.com/watch?v=JE55Ad7VnuM

Bremsende Züge versorgen Bahnhof mit Strom

Mitsubishi Electric testet Energierückgewinnungssystem

Tokyo-Metro-Züge: bald als Bahnhof-Stromversorger (Foto: flickr.com, Ys [waiz])

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Tokio/Karlsruhe (pte017/10.08.2012/13:50) – Der Elektronikkonzern Mitsubishi Electric http://mitsubishielectric.com wird Mitte August in Tokio mit Tests eines neuen Systems beginnen, das
Bremsenergie von Zügen zur Stromversorgung von Bahnhöfen verwendet.
Genutzt wird dabei speziell Energie, die nicht direkt von anderen Zügen
in der Umgebung wiederverwendet werden kann. Das Unternehmen schätzt,
dass so etwa ein Sechstel des Strombedarfs der Testsation gedeckt werden
kann, berichtet das Technikportal Tech-On.

"Die Idee der Bremsenergierückgewinnung an sich ist nicht neu. Moderne
Schienenfahrzeuge sind technisch gesehen grundsätzlich in der Lage,
Bremsenergie ins Bahnnetz zurück zu speisen", meint Christoph Kühn,
Mitarbeiter am Institut für Fahrzeugsystemtechnik des Karlsruhe
Institute of Technology http://fast.kit.edu . Allerdings ist das Bahnnetz für diese Bremsenergie nicht immer
aufnahmefähig und sie könnte nutzlos verpuffen. Hier setzt die
Mitsubishi-Idee an, mit überschüssiger Bremsenergie Bahnhöfe zu
versorgen, die ihm so noch nicht untergekommen sei.

Bremsenergie-Überschuss

Strom aus dem Bremsvorgang eines Zuges kann unter anderem verwendet
werden, direkt andere Züge in der Nähe zu beschleunigen. Das
Mitsubishi-System ist nun dazu gedacht, Energie zu verwerten, die nicht
derart unmittelbar genutzt werden kann. Getestet wird das System an der
Nishi-Funabashi-Station der Tokyo Metro, deren Verkehrsnetz mit 1.500
Volt Gleichspannung arbeitet. Das System wandelt rückgewonnene Energie
aus dem Bremsvorgang in Wechselstrom um und kann diesen entweder
kontinuierlich mit maximal 50 Kilowatt Leistung oder in starken, kurzen
Impulsen abgeben.

Dieser Strom dient dann der Versorgung beispielsweise von Beleuchtung
und Klimaanlage am Bahnhof. Ein Ziel der zweimonatigen Tests ist zu
bestimmen, wie effizient das System wirklich arbeitet. Mitsubishi
schätzt aufgrund von Simulationen, dass innerhalb der 15 Betriebsstunden
der Station rund 600 Kilowattstunden genutzt werden können, was 16
Prozent des Gesamtverbrauchs des Bahnhofs entspräche.

Interessant für kleinere Netze

"Ob dieser Ansatz sinnvoll ist, hängt sehr von Faktoren wie Netz und
Zugdichte ab", urteilt Kühn. In großen Netzen, die mit hoher
Wechselspannung arbeiten wie das der Bundesbahn, gibt es auch über
längere Strecken wenig Übertragungsverluste und rückgewonnene
Bremsenergie kann in der Regel direkt von einem anderen Zug genutzt
werden. In kleineren Netzen mit niedrigen Spannungen besteht somit eher
die Möglichkeit, dass der Mitsubishi-Ansatz wirklich etwas bringt –
womit es beispielsweise auch für U-Bahn-Netze in deutschen Metropolen
interessant sein könnte. Vorerst bleibt freilich abzuwarten, ob sich das
System beim ersten großen Test überhaupt bewährt.

Hamburg (pte/20.10.2008/06:05) – Der altgediente Strichcode wird in vielen Unternehmen nun durch die RFID-Technologie ersetzt. Die sogenannte Radiofrequenzidentifikation vereinfacht das Versorgungskettenmanagement und erleichtert es Unternehmen, den Material- und Warenfluss im Blick zu behalten. Im Gegensatz zu Strichcodes müssen RFID-Chips nicht unmittelbar eingescannt werden, sondern senden von selbst Radiowellen aus, wenn sie von einem Empfängergerät angefunkt werden. Das funktioniert über eine Distanz von bis zu 200 Metern. Diese Eigenschaft bewegt viele Unternehmen dazu, auf die RFID-Technologie umzustellen. "Wir sind Zulieferer großer Handelsunternehmen und die wünschen sich RFID-Etiketten", erklärt Hermann Küpferling, Sprecher der Seifenfabrik Algi, gegenüber der Financial Times Deutschland.

Unternehmen, die bereits auf RFID umgestellt haben, sehen den großen Vorteil der Technologie in der Zeitersparnis, die sie mit sich bringt. "Wir konnten den Materialfluss deutlich straffen. Das bringt uns Zeitvorteile von mehreren Stunden und auch die Fehlerquote hat sich deutlich verringert", so Küpferling. Die Technologie verbreitet sich immer weiter, da RFID-nutzende Unternehmen darauf bestrebt sind, dass auch ihre Zulieferer diese Technologie verwenden. Das bietet für Unternehmen den Vorteil eines unternehmensübergreifenden Informationssystems, da auf RFID-Chips auch Informationen hinzugefügt werden können. In Tests des Kontraktlogistikers Pfenning Logistics hat sich gezeigt, dass RFID-Systeme besonders stabil sind, nur eine geringe Fehlerquote aufweisen und sich vor allem an Schnittstellen in der Wertschöpfungskette bewähren.

Da immer mehr Handelsunternehmen auf RFID umstellen, werden bald auch immer mehr Zulieferer diese Technologie einsetzen. In Deutschland war die REWE-Gruppe das erste Handelsunternehmen, das in einem seiner Distributionslager auf RFID umgestellt hat. Ein Pilotprojekt in Norderstedt im Jahr 2003 hat sich als erfolgreich erwiesen und so hat REWE es auf ein Dutzend Lieferanten und rund 400 Penny-Märkte in Norddeutschland ausgeweitet. Wareneingang, Kommissionierung und Warenausgang werden ausschließlich über RFID abgewickelt. Nun sollen weitere Standorte folgen.

Hochtemperatur-Supraleiter
können elektrische Energie widerstandsfrei transportieren. Allerdings
verhindert eine starre Ladungsordnung die Supraleitung. Forscherinnen
und Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben die
konkurrierenden Zustände mit hochauflösender inelastischer
Röntgenstreuung untersucht und festgestellt, dass hoher einachsiger
Druck die Elektronen ordnet. Ihre Studie eröffnet neue Einblicke in die
Funktion elektronisch korrelierter Materialien. Die Forschenden
berichten in der Zeitschrift Science (DOI: 10.1126/science.aat4708).

Strom ohne Verluste
transportieren – Supraleiter machen es möglich. Diese Materialien weisen
unterhalb bestimmter Temperaturen keinen elektrischen Widerstand mehr
auf. Allerdings sind sie dabei auf extreme Kälte angewiesen: Klassische
Supraleiter müssen fast bis zum absoluten Nullpunkt – minus 273 Grad
Celsius – heruntergekühlt werden, und selbst Hochtemperatur-Supraleiter
benötigen noch Temperaturen von etwa minus 200 Grad Celsius, um Strom
widerstandsfrei zu leiten. Trotz der aufwendigen Kühlung werden
Supraleiter bereits in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Um
Supraleiter zu entwickeln, die bei höheren Temperaturen – eventuell
sogar bei Raumtemperatur – funktionieren und damit wesentlich zu einer
effizienten Energieversorgung beitragen, müssen entscheidende Zustände
und Vorgänge in supraleitenden Materialien grundlegend verstanden
werden.

Forscher um Professor
Matthieu Le Tacon, Leiter des Instituts für Festkörperphysik (IFP) des
KIT, sind dabei nun einen wesentlichen Schritt vorangekommen: Sie haben
gezeigt, dass hoher einachsiger Druck konkurrierende Zustände in einem
Hochtemperatur-Supraleiter kontrollieren kann. Neben dem IFP des KIT
waren das Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart, das
Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden, die
European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble/Frankreich
und die Universidad Nacional de La Plata/Argentinien an der Studie
beteiligt. Eine Publikation in der Zeitschrift Science stellt die
Ergebnisse vor.

Mit hochauflösender
inelastischer Röntgenstreuung, bei der Röntgenstrahlen auf eine Probe
treffen und das Streulicht vermessen wird, untersuchten die
Wissenschaftler den Hochtemperatur-Supraleiter YBa2Cu3O6.67, der zu den
Kupraten gehört. Dabei handelt es sich um komplexe Verbindungen aus
Kupfer, Sauerstoff und weiteren Elementen. Kupfer- und Sauerstoffatome
bilden zweidimensionale Strukturen. Werden Ladungsträger in diese Ebenen
eingeführt, kommt es zu komplexen und miteinander konkurrierenden
Zuständen: Die Kopplung zwischen Ladungsträgern führt zur Supraleitung,
eine starre Ladungsordnung dagegen verhindert sie. Zu den
Ladungsordnungszuständen gehört die Anordnung der Ladungsträger in
streifenförmigen Nanostrukturen, welche die Ladungsträger unbeweglich
macht und so die Supraleitung unterdrückt. Auch periodische Schwankungen
in der Verteilung der elektrischen Ladungen, sogenannte
Ladungsdichtewellen (CDW – charge density waves), verhindern die
Supraleitung. Durch chemische Beimengungen, als Doping bezeichnet, oder
durch externe Magnetfelder lassen sich diese Zustände variieren. Die
Interpretation solcher Experimente wird allerdings durch Gitterfehler
und zufällig festgehaltene magnetische Wirbel erschwert.

Dagegen ermöglicht
einachsiger Druck, das Verhältnis zwischen Ladungsdichtewellen und
Supraleitung präzise zu untersuchen, wie die Forscher aus Karlsruhe,
Stuttgart, Dresden, Grenoble und La Plata in ihrer Arbeit feststellten.
Sie zeigten, dass hoher Druck entlang der Kristallachse a des
untersuchten Hochtemperatur-Supraleiters YBa2Cu3O6.67 zu einem
weitreichenden dreidimensionalen Ladungsdichtewellen-Zustand führt, ohne
dass dazu Magnetfelder erforderlich sind. Mit dieser Zustandsänderung
ist auch eine starke Dämpfung der Gitterschwingungsanregung verbunden.
„Unsere Ergebnisse ermöglichen neue Einblicke in die Funktion von
Hochtemperatur-Supraleitern und anderen elektronisch korrelierten
Materialien“, erklärt Professor Matthieu Le Tacon vom KIT. „Darüber
hinaus zeigen sie, dass einachsiger Druck das Potenzial bietet, die
Ordnung der Elektronen in solchen Materialien zu kontrollieren.“

Originalpublikation:

H.-H. Kim, S. M.
Souliou, M. E. Barber, E. Lefrancois, M. Minola, M. Tortora, R. Heid, N.
Nandi, R. A. Borzi, G. Garbarino, A. Bosak, J. Porras, T. Loew, M.
König, P. M. Moll, A. P. Mackenzie, B. Keimer, C. W. Hicks, M. Le Tacon:
Uniaxial Pressure Control of Competing Orders in a High Temperature
Superconductor. Science, 2018. DOI: 10.1126/science.aat4708.

MXRF-High-Tech erkennt Abdrücke auf schwierigsten Substanzen und sichert DNA

San Diego (pte/14.03.2005/16:20) – Fernsehserien wie CSI (Crime Scene Investigation) erzeugen oft ein falsches Bild der tatsächlichen Arbeit forensischer Ermittler und der ihnen vermeintlich zur Verfügung stehenden High-Tec, mit der den Kriminellen spielend leicht und schlüssig auf die Schliche gekommen wird. (pte berichtete http://www.pte.at/pte.mc?pte=050222009 ). Doch nun gibt es für Real-Life Kriminologen eine neue Waffe zur Erweiterung ihrer technischen Fahndungsmethoden: Wissenschaftern des Los Alamos National Laboratory http://www.lanl.gov ist es gelungen, eine neue Visualisierungstechnik zu entwickeln, die Fingerabdrücke anhand von Röntgenstrahlen sichtbar macht. Die Ergebnisse der Forschung werden in dieser Woche auf der Jahreskonferenz der American Chemical Society http://www.chemistry.org in San Diego der Öffentlichkeit vorgestellt, berichtet der amerikanische Branchendienst Scientific American.

Bei dem neuen Verfahren, das auf der Mikroröntgenfluoreszenz-Technik (Micro-X-Ray Fluorescence, MXRF) basiert, durchleuchtet ein Röntgenstrahl eine Materialprobe und macht Natrium, Kalium und Chlorid sichtbar, also jene Ionen, die der Mensch mit dem Schweiß ausscheidet. Durch diese Salze, die sich an den Linien eines Fingerabdrucks festsetzen, wird das charakteristische Muster eines Fingerabdrucks sichtbar gemacht. Die Fingerabdrücke bleiben bei diesem Verfahren jedoch chemisch und physikalisch unverändert. Durch das Fluoreszieren der Salze kann in weiter Folge ein digitales Bild der Abdrücke aufgezeichnet werden. „Der neue Prozess ist ein fortschrittliches neues Tool für forensische Ermittler, das es erlaubt, Fingerabdrücke auch auf jenen Oberflächen zu ermitteln, auf denen sie bisher mit den konventionellen Methoden unaufgespürt blieben und das ohne Beeinträchtigung des Abdrucks. Das MXRF wird jedoch die traditionelle Methode nicht ersetzten, sondern vielmehr eine wertvolle Komplimentierung schaffen“, erklärte Chris Worley, der Leiter der Studie.

Das derzeitige Standardverfahren zur Ermittlung von Fingerabdrücken ist das Kontrastverfahren, welches in der Behandlung einer Probe durch Dampf, Flüssigkeit oder Puder besteht und so Fingerabdrücke sichtbar macht. Dadurch kann der Fingerabdruck jedoch beschädigt werden. Jene Fingerabdrücke, die auf Oberflächen wie Leder oder auf plastikartigen und faserigen Oberflächen zurückgelassen wurden, waren bisher nur schwer erfassbar. Jetzt können die Kriminalisten mit MXRF Fingerabdrücke auf Textilien, Holz, Leder, Plastik, Klebstoffen, Papier und der menschlichen Haut abbilden. Durch das MXRF-Verfahren können nun auch andere Substanzen im Fingerabdruck aufgespürt werden, die sachdienliche Hinweise für die Ermittlungen liefern. So können die Experten mit Hilfe der neuen Technologie sogar bestimmen, was der Täter zuletzt in seinen Händen hielt. Spuren bestimmter Stoffe, beispielsweise hohe Mengen an Nitrat und Kalium, lassen auf Sprengstoff schließen. Aus den gefundenen Abdrücken können auch DNA-Proben für einen genetischen Fingerabdruck gewonnen werden.

MRFX kann jedoch nicht alle Abdrücke aufspüren, denn manche Fingerabdrücke enthalten nicht genügend der zur Identifikation nötigen Elemente. So sind zum Beispiel leichte Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff nur schwierig aufzufinden. Ein weiterer Nachteil ist der, dass die Methode derzeit nur in jenen Laboren angewendet werden kann, die mit einem entsprechenden MXRF-Geräten ausgestattet sind. Die Experten rechnen damit, in den nächsten zwei bis fünf Jahren, nach weiteren Verfeinerungen und Verbesserungen des Geräts, den kommerziellen Gebrauch soweit forciert zu haben, dass eine flächendeckende Verbreitung gegeben ist und eventuell tragbare Geräte am Markt sind.