Synchrotronstrahlungsquellen: Werkzeugkästen für Quantentechnologien
Ein sehr spezieller Blick auf die Experimentierhalle von BESSY II. © Volker Mai/HZB
Die neue Ausgabe des "Hitchhiker's Guide" to synchrotron and FEL light sources for quantum technology ist gerade erschienen, gedruckt und online. © Anna Makarova/HZB
Synchrotronstrahlungsquellen erzeugen hochbrillante Lichtpulse, von Infrarot bis zu harter Röntgenstrahlung, mit denen sich tiefe Einblicke in komplexe Materialien gewinnen lassen. Ein internationales Team hat nun im Fachjournal Advanced Functional Materials einen Überblick über Synchrotronmethoden für die Weiterentwicklung von Quantentechnologien veröffentlicht: Anhand konkreter Beispiele zeigen sie, wie diese einzigartigen Werkzeuge dazu beitragen können, das Potenzial von Quantentechnologien wie z. B. Quantencomputing zu erschließen, Produktionsbarrieren zu überwinden und den Weg für zukünftige Durchbrüche zu ebnen.
In der Quantentechnologie spielen quantenphysikalische Prinzipien wie Superposition, Interferenz und Verschränkung die entscheidende Rolle für ihre Funktion. Bauelemente der Quantentechnologie können Berechnungen um Größenordnungen effizienter durchführen (Quantencomputing), Informationen sicher verschlüsseln oder in Sensoren eine beispiellose Messgenauigkeit liefern. Allerdings ist es immer noch schwierig, solche Bauelemente für den praktischen Einsatz zu entwickeln, denn Quantensysteme reagieren von Natur aus empfindlich auf Störungen durch die Umgebung, was ihre präzise Steuerung unter normalen Bedingungen erschwert. Um hier Fortschritte zu erreichen und Fehlerquellen zu identifizieren, müssen solche Materialien und Bauelemente eingehend charakterisiert und noch besser verstanden werden.
Werkzeugkasten Licht
Hier bieten Synchrotron- und FEL-Strahlungsquellen den optimalen Werkzeugkasten. Die Vielfalt an Methoden reicht von zerstörungsfreier Bildgebung, Röntgenbeugung,Spektroskopie, Spektromikroskopie bis hin zu Untersuchungen von elektronischen und magnetischen Nano-Strukturen
Expertinnen und Experten vom HZB haben für diesen Überblick gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen von Universitäten und weiteren europäischen Synchrotronstrahlungsquellen ihr Wissen zusammengetragen.
Außerdem: Hitchhiker's Guide ist neu erschienen
Der "Hitchhiker's Guide" to synchrotron and FEL light sources for quantum technology" ist ab sofort gedruckt und online verfügbar ( www.helmholtz-berlin.de/srforqt ).
Diese Broschüre stellt kurz die wichtigsten Untersuchungsmethoden und Anwendungen vor und bietet ein ausführliches Verzeichnis von Experimentierstationen in Europa, die sich besonders für Forschung in den Quantentechnologien eignen, einschließlich Zugangsmöglichkeiten und Ansprechpartnern.
- Gute Aussichten für Zinn-Perowskit-SolarzellenPerowskit-Solarzellen gelten weithin als die Photovoltaik-Technologie der nächsten Generation. Allerdings sind Perowskit-Halbleiter langfristig noch nicht stabil genug für den breiten kommerziellen Einsatz. Ein Grund dafür sind wandernde Ionen, die mit der Zeit dazu führen, dass das Halbleitermaterial degradiert. Ein Team des HZB und der Universität Potsdam hat nun die Ionendichte in vier verschiedenen Perowskit-Halbleitern untersucht und dabei erhebliche Unterschiede festgestellt. Eine besonders geringe Ionendichte wiesen Zinn-Perowskit-Halbleiter auf, die mit einem alternativen Lösungsmittel hergestellt wurden – hier betrug die Ionendichte nur ein Zehntel im Vergleich zu Blei-Perowskit-Halbleitern. Damit könnten Perowskite auf Zinnbasis ein besonders großes Potenzial zur Herstellung von umweltfreundlichen und besonders stabilen Solarzellen besitzen.
- Wie Karbonate die Umwandlung von CO2 in Kraftstoff beeinflussenEin Forschungsteam vom Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) und dem Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft (FHI) hat herausgefunden, wie Karbonatmoleküle die Umwandlung von CO2 in nützliche Kraftstoffe durch Gold-Elektrokatalysatoren beeinflussen. Ihre Studie beleuchtet, welche molekularen Mechanismen bei der CO2-Elektrokatalyse und der Wasserstoffentwicklung eine Rolle spielen und zeigt Strategien zur Verbesserung der Energieeffizienz und der Selektivität der katalytischen Reaktion auf.
- Neue Katalysatormaterialien auf Basis von Torf für BrennstoffzellenEisen-Stickstoff-Kohlenstoff-Katalysatoren haben das Potenzial, teure Platinkatalysatoren in Brennstoffzellen zu ersetzen. Dies zeigt eine Studie aus Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und der Universitäten in Tartu und Tallinn, Estland. An BESSY II beobachtete das Team, wie sich komplexe Mikrostrukturen in den Proben bilden. Anschließend analysierten sie, welche Strukturparameter für die Förderung der bevorzugten elektrochemischen Reaktionen besonders wichtig waren. Der Rohstoff für solche Katalysatoren ist gut zersetzter Torf.