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14.09.2009 - Wissenschaft / Physik / Frankreich / Österreich
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Österreichische Forscher beobachten Atome erstmals beim
Springen
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Utl.: Im Inneren von Festkörpern kann es wild zugehen - Speziell
adaptierte Röntgenstrahlen ermöglichten Beobachtung=
Wien (APA) - Auch wenn Festkörper völlig statisch erscheinen, geht
es in ihrem Inneren mitunter wild zu. Atome springen regelrecht durch
die Gegend und wechseln ihren Platz im Kristallgitter.
Österreichischen Physiker ist es nun erstmals gelungen, die Atome
beim Springen in Festkörpern direkt zu beobachten. Möglich wurde das
durch die Nutzung speziell adaptierter Röntgenstrahlen, die am
europäischen Elektronen-Synchrotron ESRF in Grenoble (Frankreich)
erzeugt wurden, teilte der das Projekt fördernde Wissenschaftsfonds
FWF am Montag in einer Aussendung mit.
Bereits seit dem 19. Jahrhundert kennt man das Phänomen, dass
Atome auch in Festkörpern herumwandern. Der britische Metallurg
William Chandler Roberts-Austen zeigte etwa, dass sich eine zwischen
zwei Bleibarren gepresste Goldfolie nach einigen Jahren in ein
Blei-Gold-Gemisch verwandelt hat. In einem herkömmlichen Goldring
können bei Temperaturen um 100 Grad Celsius eine Milliarde Atome pro
Sekunde ihre Position wechseln, bei Raumtemperatur sind es immer noch
etwa 1.000 Atome, erklärte Michael Leitner von der Fakultät für
Physik der Universität Wien gegenüber der APA.
Zum Springen gebracht werden die Atome durch Wärme: Wenn ihre
Bewegungsenergie ein bestimmtes Ausmaß übersteigt, hüpfen sie auf den
nächsten freien Nachbarplatz im Kristallgitter. Bei ihren
Untersuchungen, deren Ergebnisse kürzlich in der Fachzeitschrift
"Nature Materials" publiziert wurden, konnten die Wissenschafter
herausfinden, wie weit und in welche Richtung die Atome springen, und
welche Rolle die Temperatur dabei spielt. Bei der untersuchten Probe,
einer Kupfer-Gold-Legierung, wechselten Atome bei einer Temperatur
von 270 Grad Celsius etwa einmal in der Stunde ihren Platz im
Kristallgitter. Erhöht man die Temperatur um zehn Grad, verdoppelt
sich die Sprungrate, wird es um zehn Grad kühler, springen die Atome
nur mehr etwa alle zwei Stunden.
Interessant sind diese Beobachtungen vor allem deshalb, weil die
Ruhelosigkeit der Atome für das Altern eines Materials und damit den
Verlust bestimmter Eigenschaften verantwortlich ist. So beruht etwa
die Festigkeit bestimmter Werkstoffe oder die Funktion von
Halbleitern auf Fremdatomen, denen bei der Produktion ein bestimmter
Platz zugewiesen wird. Verändern diese Fremdatome durch ihre
Rastlosigkeit ihre Position, kann die Funktion des Materials
beeinträchtigt werden. Die Wissenschafter hoffen, auf Grundlage
dieser Experimente künftig Messungen atomarer Bewegungen in vielen,
auch technisch wichtigen metallischen Systemen zu ermöglichen.
Für ihre Arbeit haben die Wissenschafter die vom ESRF stammenden
Röntgenstrahlen von extrem hoher Intensität und Qualität durch Filter
und Blenden kohärent gemacht. Sie erhielten damit das gleiche
Röntgenlicht wie von einem Röntgenlaser. Durch die Veränderung des an
den einzelnen Atomen der Probe gestreuten Röntgenlichts konnten sie
auf deren Bewegung rückschließen.
(Schluss) cm/ly/pwi
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