Forschung mit Synchrotronlicht
Tauchgang in einen Magneten
Zum ersten Mal haben Forschende die Richtungen der Magnetisierung in einem dreidimensionalen magnetischen Objekt sichtbar gemacht. Die kleinsten Details in ihrer Visualisierung waren dabei zehntausend Mal kleiner als ein Millimeter. In der sichtbar gemachten magnetischen Struktur stach eine Art von Muster besonders hervor: magnetische Singularitäten namens Bloch-Punkte, die bisher nur in der Theorie bekannt waren.
Benzin und Chemikalien aus Pflanzenresten
Lignin fällt als Bestandteil vieler Pflanzen in grossen Mengen an und könnte theoretisch als Ausgangsstoff für die Herstellung von Treibstoffen und Chemikalien genutzt werden. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der ETH Zürich haben eine Methode entwickelt, mit der sich die Vorgänge bei der katalytischen Aufspaltung von Lignin im Detail beobachten lassen. Mit dem gewonnenen Wissen lassen sich die Herstellungsverfahren in Zukunft gezielter verbessern.
Mit Wasser wertvollen Rohstoff nutzbar machen
Bei der Förderung von Erdöl wird auch gasförmiges Methan frei, das meist einfach verbrannt wird, obwohl es eigentlich ein nützlicher Ausgangsstoff für Treibstoffe und Produkte der chemischen Industrie sein könnte. Ein Weg, das Methan nutzbar zu machen, besteht darin, es in Methanol umzuwandeln. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der ETH Zürich haben nun einen neuen chemischen Prozess entwickelt, mit dem sich diese Umwandlung effizient und mit geringem Aufwand umsetzen lässt.
3-D-Röntgenbild macht feinste Details eines Computerchips sichtbar
Forschende des PSI haben detaillierte 3-D-Röntgenbilder eines handelsüblichen Computerchips erstellt. In ihrem Experiment haben sie ein kleines Stück aus dem Chip untersucht, das sie zuvor herausgeschnitten hatten. Diese Probe blieb dabei während der Messung unbeschädigt. Für Hersteller ist es eine grosse Herausforderung, zu bestimmen, ob der Aufbau ihrer Chips am Ende den Vorgaben entspricht. Somit stellen diese Ergebnisse eine wichtige Anwendung eines Röntgen-Tomografieverfahrens dar, das die PSI-Forschenden seit einigen Jahren entwickeln.
Nanotechnologie ermöglicht neue Einblicke in chemische Reaktionen
80 Prozent aller Produkte der chemischen Industrie werden mit Katalyse-Verfahren hergestellt. Auch in der Energieumwandlung und Abgasreinigung ist Katalyse unverzichtbar. Die Industrie probiert immer neue Substanzen und Anordnungen aus, die neue und bessere katalytische Verfahren ermöglichen können. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI in Villigen und der ETH Zürich haben nun eine Methode entwickelt, die Genauigkeit solcher Versuche stark zu verbessern, was die Suche nach optimalen Lösungen beschleunigen dürfte.
Im chemischen Mikroskop
Interview mit Daniel GrolimundDer Forscher Daniel Grolimund ist für eine Strahllinie an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des PSI verantwortlich, an der sich die Verteilung chemischer Verbindungen in verschiedenen Objekten bestimmen lässt. Von diesen Möglichkeiten profitieren Forschende verschiedenster Disziplinen: Batterieforscherinnen genauso wie Biologen, Archäologen und viele andere mehr. Im Interview berichtet er von den vielfältigen Themen, die an der Strahllinie untersucht werden, und den Herausforderungen, die diese Vielfalt mit sich bringt.
Wahlweise elektrisch leitend oder isolierend
Das Material Neodym-Nickel-Oxid ist je nach seiner Temperatur entweder ein Metall oder ein Isolator. Die Möglichkeit, diesen Übergang elektrisch zu steuern, macht das Material zu einem möglichen Kandidaten für Transistoren in modernen elektronischen Geräten. Mittels einer ausgeklügelten Weiterentwicklung der Röntgenstreuung konnten Forschende am Paul Scherrer Institut PSI nun die Ursache dieses Übergangs nachvollziehen: Rund um die Sauerstoffatome sortieren sich die Elektronen um.
Leistungsfähigere Katalysatoren für Gasautos
Fahrzeuge mit Gasantrieb sind im Kommen, und auch sie brauchen Abgaskatalysatoren. Während die Empa daran arbeitet, Gasmotoren und -katalysatoren zu optimieren, spezialisiert sich das PSI auf Untersuchungsmethoden, mit denen man die Vorgänge im Katalysator sehr genau beobachten kann. Für ihre Arbeiten haben die Forschenden am PSI nun eine universelle Messkammer entwickelt, in der der Katalysator mit verschiedenen Methoden unter immer den gleichen Bedingungen untersucht werden kann.
Experiment im schwebenden Tropfen
Der genaue Aufbau von Proteinen wird am PSI standardmässig mittels Röntgenstrahlung entschlüsselt. Nun haben zwei PSI-Wissenschaftler diese Methode trickreich weiterentwickelt: Anstatt die Proteine zu befestigen, untersuchten sie die Proteine in einem frei schwebenden Flüssigkeitstropfen.
Neues Teilchen könnte Grundlage energiesparender Elektronik bilden
Das erst im vergangenen Jahr entdeckte Weyl-Fermion bewegt sich in Materialien praktisch ohne Widerstand. Nun zeigen Forscher einen Weg, wie man es in elektronischen Bauteilen einsetzen könnte.
Vom Higgs-Teilchen zu neuen Medikamenten
Ein vorbildliches Beispiel, wie Grundlagenforschung einen handfesten Beitrag zur Wirtschaft leistet, ist die Firma DECTRIS – ein 2006 gegründetes und inzwischen erfolgreiches Spin-off des Paul Scherrer Instituts. Die neueste Entwicklung von DECTRIS ist ein Detektor namens EIGER, der bei Röntgenstrahl-Messungen an grossen Forschungsanlagen eingesetzt wird. EIGER trägt dort unter anderem zur Erforschung neuer Medikamente bei.
Schwerfälliger Stromfluss könnte Weg zu energiesparenden Computern weisen
Computer und andere elektronische Geräte haben heute einen beträchtlichen Anteil am weltweiten Energieverbrauch. Mit den heute genutzten Technologien lässt sich dieser Verbrauch aber kaum senken, sodass die Chips in den energiesparenden Geräten der Zukunft aus neuartigen Materialien bestehen werden. Neueste Forschungsergebnisse aus dem Paul Scherrer Institut PSI geben Hinweise darauf, wie man zu solchen Materialien kommen könnte.
3-D-Nanostruktur eines Knochens sichtbar gemacht
Knochen bestehen aus winzigen Fasern, die etwa tausend Mal feiner sind als ein menschliches Haar. Mit einer neuartigen computerbasierten Auswertungsmethode konnten Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI zum ersten Mal die Anordnung dieser Nanostrukturen innerhalb eines gesamten Knochenstücks sichtbar machen.
Cousin des Elektrons nach 86 Jahren gefunden
Physiker des Paul Scherrer Instituts PSI gemeinsam mit Kollegen aus China sowie von der ETH Zürich und der ETH Lausanne EPFL haben bei Versuchen an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS ein Teilchen nachgewiesen, dessen Existenz bereits vor 86 Jahren vorausgesagt worden war. Es handelt sich um ein Mitglied der Teilchenfamilie, zu denen auch das Elektron, der Träger elektrischer Ströme, gehört. Anders als das Elektron hat das neue Teilchen aber keine Masse und es kommt nur in einer bestimmten Klasse von Materialien vor, die als Weyl-Halbmetalle bezeichnet werden.
Struktur der Betonkrankheit
entschlüsselt
Wenn Brücken, Staumauern und andere Bauwerke aus Beton nach einigen Jahrzehnten von dunklen Rissen durchzogen sind, dann ist die sogenannte Betonkrankheit die Ursache. Wie das Material, das in diesen Rissen entsteht, auf der Ebene einzelner Atome aufgebaut ist, haben jetzt Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der Empa entschlüsselt - und dabei eine bislang unbekannte kristalline Anordnung der Atome entdeckt.
Röntgenforschung im Ufo
Die Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS fällt zuerst durch ihr markantes Gebäude auf. Innen beeindruckt sie mit Spitzenforschung. Ein Streifzug durch die Welt, in der Elektronen Slalomkurse einlegen und Röntgenstrahlen Proteine entschlüsseln.
Der Schlüssel für schnelles Aufladen einer Lithiumionen-Batterie
Lithiumeisenphosphat-Batterien sind sehr langlebig und lassen sich relativ schnell aufladen. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI, der ETH Zürich und der Forschungs- und Entwicklungslabore von Toyota zeigen in einer neuen Studie die Gründe für diese Eigenschaften. Die Erkenntnisse wurden möglich dank Messungen mit einer neuen Methode an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des PSI.
Auf der Suche nach dem kleinsten Bit
Für immer kompaktere Speichermedien der Zukunft müssen magnetische Bereiche – die Speicherbits – immer kleiner werden. Doch wie klein kann ein Magnet überhaupt werden? Frithjof Nolting und seine Kollegen erforschen am Paul Scherrer Institut PSI den Nanomagnetismus.
Sieben Nanometer für die Elektronik der Zukunft
Forschenden des Paul Scherrer Instituts ist es gelungen, in einem Halbleitermaterial regelmässige Muster zu erzeugen, die 16 Mal kleiner sind als diejenigen heutiger Computer-Chips. Damit haben sie einen wichtigen Schritt zu noch kleineren Computerbauteilen gemacht. Strukturen dieser Grösse sieht die Industrie als Standard für das Jahr 2028 vor.
Gemeinsam statt einsam
An SwissFEL und SLS Biomoleküle entschlüsselnProteine sind ein begehrtes, aber widerspenstiges Forschungsobjekt. Eine für Freie-Elektronen-Röntgenlaser wie dem zukünftigen SwissFEL des PSI entwickelte Methode soll ihre Erforschung nun ein grosses Stück vorantreiben. Dabei werden viele identische, kleine Proteinproben in kurzen Abständen hintereinander mit einem Röntgenstrahl durchleuchtet. Damit wird ein bisheriges Hauptproblem der Erforschung von Proteinen umgangen: Proben in ausreichender Grösse herzustellen.