Forschende entdecken, warum Sehnen stark wie Drahtseile sind
Unter dem Elektronenmikroskop: Kollagenfaserbündel nach der Mineralisation mit dem Knochenmineral Kalziumphosphat © Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung
Ein Team am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG) hat mithilfe von BESSY II neue Eigenschaften des Kollagens entdeckt: Während der Einlagerung von Mineralen in Kollagenfasern entsteht eine Kontraktionsspannung, die hundertfach stärker ist als die von Muskelkraft. Die Veränderungen der Kollagenstruktur wurden mittels Röntgenbeugung an der Synchrotronsstrahlungsquelle BESSY II in Berlin-Adlershof beobachtet, während die Mineralisation stattfand.
„Dieser universelle Mechanismus der Mineralisation von organischen Fasergeweben könnte auf technische Hybridmaterialien übertragen werden, um dort beispielsweise eine hohe Bruchfestigkeit zu erreichen,“ sagt Prof. Dr. Dr.h.c. Peter Fratzl, Direktor am MPIKG.
Das faserbildende Strukturprotein Kollagen kommt unter anderem in Sehnen, der Haut und Knochen vor. Aus medizinischer bzw. biologischer Sicht ist es interessant zu verstehen, was beim Prozess der Mineralisation in Knochen passiert. Viele Knochenkrankheiten gehen mit Veränderungen des Mineralgehalts in Knochen und dadurch veränderten Eigenschaften einher.
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- Imaging-Ellipsometrie für die Prozesskontrolle in DünnschichtbauelementenEin deutsch-israelisches Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Andreas Furchner hat gezeigt, wie Imaging-Ellipsometrie die zerstörungsfreie Charakterisierung und Qualitätskontrolle mikrostrukturierter MXene-Dünnschichten während der Bauelementherstellung ermöglicht. Die Autoren nutzten zwei komplementäre ellipsometrische Ansätze für einen präzisen, skalenübergreifenden Zugang zu Materialeigenschaften. Die Arbeit etabliert Imaging-Ellipsometrie als leistungsfähige Methode zur Überwachung von Schichthomogenität, Bauelementintegrität und Funktionalität entlang des Herstellungsprozesses, einschließlich lithografischer Schritte. Die Studie wurde in Applied Physics Letters veröffentlicht und als „Editor’s Pick“ ausgewählt.
- BESSY II: Eingebauter Sauerstoff verkürzt die Lebensdauer von FeststoffbatterienFeststoffbatterien sind sicher und leistungstark, aber ihre Kapazität nimmt zurzeit noch rasch ab. Ein Team der TU Wien, der Humboldt-Universität zu Berlin und des HZB hat nun eine TiS₂|Li₃YCl₆-Halbzelle an BESSY II analysiert. Dafür nutzte das Team eine spezielle Probenumgebung, die eine zerstörungsfreie Untersuchung unter realen Betriebsbedingungen ermöglicht. Durch die Kombination von Weich- und Hart-Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS und HAXPES) konnte ein neuer Degradationsmechanismus identifiziert werden. Dabei spielte das Element Sauerstoff eine besondere Rolle. Die Studie liefert wertvolle Einblicke, um Design und Fertigung von Feststoffbatterien zu verbessern.
- Spintronik an BESSY II: Echtzeit-Analyse von magnetischen DoppelschichtsystemenSpintronische Bauelemente ermöglichen Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieverbrauch. Sie basieren auf der Wechselwirkung zwischen ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten. Nun ist es einem Team von Freier Universität Berlin, HZB und Universität Uppsala gelungen, für jede Schicht separat zu verfolgen, wie sich die magnetische Ordnung verändert, nachdem ein kurzer Laserpuls das System angeregt hat. Dabei konnten sie auch die Hauptursache identifizieren, die für den Verlust der antiferromagnetischen Ordnung in der Oxidschicht sorgt: Die Anregung wird von den heißen Elektronen im ferromagnetischen Metall zu den Spins im Antiferromagneten transportiert.