HZB an neuem SFB zu Metalloxid-Wasser-Systemen beteiligt
Dr. Bernd Winter in der Experimentierhalle von BESSY II. Foto: Stephan Thürmer
Ein Forschungsteam vom HZB ist am neuen Sonderforschungsbereich „Molekulare Einblicke in Metalloxid/Wasser-Systeme“ beteiligt, der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft ab sofort gefördert wird. Dr. Bernd Winter von der Nachwuchsgruppe um Prof. Dr. Emad Aziz wird dabei Metallionen und Metall-Oxid-Komplexe in wässriger Lösung an BESSY II untersuchen.
Dazu verwenden die Forscher einen flüssigen Mikrojet im Vakuum, der es erlaubt, wässrige Lösungen mittels Photoelektronen-Spektroskopie an BESSY II zu vermessen. Diese Messungen ermöglichen Rückschlüsse auf die Bindungsenergien und auf elektronische Relaxationsprozesse und geben damit Aufschluss über die Wechselwirkung der Metall-Oxid-Komplexe mit den umgebenden Wassermolekülen. Außerdem lassen sich damit auch Vorläufermoleküle bestimmen, die der Bildung größerer Metall-Oxo-Netzwerke vorausgehen.
Die Erkenntnisse sind wichtig, um Metalloxide gezielt für konkrete Anwendungen synthetisieren zu können, was typischerweise in wässriger Lösung erfolgt. Denn Metalloxide sind technisch extrem interessant, sie werten Baumaterialien und Spezialgläser auf, verbessern die Eigenschaften keramischer Implantate in der Medizin und sie gelten als interessante Kandidaten für Anwendungen in Brennstoffzellen, in Solarzellen und in der Mikroelektronik sowie als neuartige Katalysatoren.
Sprecher des SFB „Molekulare Einblicke in Metalloxid/Wasser-Systeme: Strukturelle Evolution, Grenzflächen und Auflösung“ ist Prof. Dr. Christian Limberg, Humboldt-Universität zu Berlin; Weitere Partner sind: Freie Universität Berlin, Technische Universität Berlin, Universität Potsdam, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Berlin, Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft Berlin. Gemeinsam wollen die beteiligten Forschungsteams elementare Prozesse rund um die Metalloxid-Wasser-Wechselwirkungen auf allen relevanten Längenskalen mit einer Kombination aus chemischer Synthese sowie hochmodernen experimentellen und theoretischen Methoden untersuchen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat Ende November 2013 neun neue Sonderforschungsbereiche (SFB) eingerichtet, die sie bis Mitte 2017 mit insgesamt 64,4 Millionen Euro fördert.
- BESSY II: Erster Film von Spinwellen im Nano-OszillatorSpin-Hall-Nano-Oszillatoren sind winzige Bauelemente auf Basis von ultradünnen CoFeB-Schichten. Sie wandeln Gleichstrom in Mikrowellensignale um und gelten als Option für eine besonders effiziente drahtlose Kommunikation oder für eine neue Technologie der Datenverarbeitung, die vom Gehirn inspiriert ist. Ein schwedisch-deutsches Team konnte nun an BESSY II zum ersten Mal die Magnetisierungsdynamik im Inneren eines solchen Spin-Hall-Nano-Oszillators abbilden, sozusagen filmen. Dazu nutzten sie die zeitaufgelöste Röntgen-Rastertransmissionsmikroskopie am MAXYMUS-Instrument. Die Abbildungen zeigen Merkmale von Spinwellen, die in den bisherigen indirekten Messverfahren nicht sichtbar waren. Die Studie ist in „Advanced Materials“ veröffentlicht.
- BESSY II: Hochaufgelöste Einblicke in einzelne Biomoleküle und KatalysatorenWinzige biologische Proben und sogar einzelne Biomoleküle können nun an der BESSY-II-Infrarot-Beamline unter lebensnahen Bedingungen in höchster Auflösung untersucht werden. Die nanoskalige Infrarotspektroskopie (s-SNOM) wurde dafür verbessert und gründlich validiert. Ultradünne Membrane auf Siliziumbasis ermöglichen dabei die Untersuchung im wässrigen Medium. Ein internationales Team um den HZB-Experten Dr. Alexander Veber konnte nach einem ersten Proof-of-Concept nachweisen, dass Nano-IR-Messungen in wässriger Umgebung mit den erwarteten Fernfeld-IR-Spektren übereinstimmen. Dieser methodische Fortschritt ermöglicht nun tiefere Einblicke in Biomaterialien, aber auch die Beobachtung katalytischer Prozesse in flüssigen Umgebungen.
- Neue Methode zeigt, wie molekulare Schalter von ihren Nachbarn beeinflusst werdenForschende der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) können erstmals direkt erkennen, wie die Umgebung eines molekularen Schalters dessen elektronische Struktur beeinflusst. Molekulare Schalter sind Moleküle, die sich durch äußere Einflüsse wie Temperaturänderungen zwischen zwei Zuständen umschalten lassen – ähnlich einem Schalter mit den Positionen „An“ und „Aus“. Solche Moleküle werden als mögliche Bausteine für künftige Datenspeicher oder Sensormaterialien erforscht. Mit Hilfe der magnetischen Terahertz-Spektroskopie an BESSY II konnten die Forschenden nun erstmals unterscheiden, ob benachbarte Moleküle in einem Material gleich oder anders geschaltet sind. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift „Angewandte Chemie International Edition“ erschienen.