Forschung mit Synchrotronlicht
Aus dem Innern einer Eierschale
Winzige Bläschen im Innern von Eierschalen liefern die Stoffe, die das Wachstum der Schale stimulieren und steuern. Mit einer neuartigen Tomografie-Technik haben Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI, der ETH Zürich und des niederländischen AMOLF-Instituts diese Bläschen erstmals in 3D abbilden können. Sie heben damit eine alte Einschränkung tomografischer Bilder auf und hoffen, dass eines Tages auch die Medizin von ihrer Methode profitiert.
Forschen Richtung Zukunft
Interview mit Gabriel AeppliSeit 2014 ist Gabriel Aeppli Leiter des Forschungsbereichs Synchrotronstrahlung und Nanotechnologie am PSI. Zuvor hat der gebürtige Schweizer in London ein führendes Forschungszentrum für Nanotechnologie aufgebaut. Im Interview erläutert Aeppli wie sich die Forschungsansätze der Zukunft an den Grossforschungsanlagen des PSI umsetzen lassen und spricht über seinen Blick auf die Schweiz.
Nanometer in 3-D
Forschende haben 3-D-Bilder winziger Objekte erzeugt und konnten dabei sogar 25 Nanometer grosse Details (1 Nanometer = 1 Millionstel eines Millimeters) sichtbar machen. Dabei haben sie nicht nur die Form der Untersuchungsgegenstände bestimmen können, sondern auch gezeigt, wie ein bestimmtes chemisches Element (Kobalt) darin verteilt ist und ob es in einer chemischen Verbindung oder in Reinform vorliegt.
Batman zeigt den Weg zu kompakter Datenspeicherung
Forschenden am Paul Scherrer Institut PSI ist es gelungen, winzige magnetische Strukturen mit Laserlicht umzuschalten und die Veränderung zeitlich zu verfolgen. Dabei blinkte kurz ein nanometergrosser Bereich auf, der skurrilerweise an das Fledermaus-Symbol von Batman erinnert. Die Forschungsergebnisse könnten die Datenspeicherung auf Festplatten kompakter, schneller und effizienter machen.
Schneller zum Porträt des Proteins
Alle Lebewesen, vom Bakterium bis zum Menschen, sind für die Verrichtung ihrer vitalen Funktionen auf Proteine angewiesen. Wie die Proteine ihre Aufgaben erfüllen, hängt von ihrer Struktur ab. Forschende des Paul Scherrer Instituts haben nun eine neuartige Methode entwickelt, um die Kristallstruktur von Proteinen mithilfe von Röntgenlicht schneller herauszufinden. Dies könnte in Zukunft auch die Entwicklung neuer Medikamente beschleunigen. Die Studie wird am 15. Dezember im Fachmagazin Nature Methods veröffentlicht.
Erstaunliches Verhalten in Hochtemperatursupraleitern beobachtet
Neuer Effekt möglicherweise wichtig für grundsätzliches VerständnisEin international besetztes Forschungsteam hat in Experimenten am PSI ein neues unerwartetes Verhalten in kupferbasierten Hochtemperatursupraleitern beobachtet. Die Erklärung des neuen Phänomens à einer unerwarteten Form gemeinsamer Bewegung der elektrischen Ladungen à stellt für die Forschenden eine grosse Herausforderung dar. Sollte sie gelingen, könnte das einen wichtigen Schritt zum Verständnis der Hochtemperatursupraleitung an sich darstellen.
Nützlich für Spintronik: kostspieliger Spurwechsel auf der Elektronenautobahn
Der Bedarf an immer schnelleren und effizienteren Bauteilen für die Elektronik wächst rasant. Dafür braucht es neue Materialien mit neuen Eigenschaften. Hierbei spielen Oxide, insbesondere auf Basis von Strontiumtitanat (SrTiO3) eine wichtige Rolle. Nun wurde im Rahmen einer internationalen Forschungskooperation unter Leitung des PSI nachgewiesen, dass diese Materialien ein Verhalten zeigen, das für die Spintronik nützlich sein könnte.
Mit Licht neues Material erzeugt
Forschende des Paul Scherrer Instituts haben mithilfe kurzer Lichtblitze aus einem Laser die Eigenschaften eines Materials kurzzeitig so deutlich verändert, dass gewissermassen ein neues Material entstanden ist und die Veränderungen am Röntgenlaser LCLS in Kalifornien untersucht. Nach der Inbetriebnahme des PSI-Röntgenlasers SwissFEL werden solche Experimente auch am PSI möglich sein.
Schon frühe Säugetiere waren beim Essen wählerisch
Aktuellste Untersuchungen an Fossilien winziger Säugetiere aus dem südlichen Wales liefern neue Erkenntnisse über den Speisezettel unserer frühesten Vorfahren. Dabei stellte sich heraus, dass à anders als bislang vermutet - schon bei den frühesten Säugetieren verschiedene Arten auf verschiedene Nahrung spezialisiert waren. Darüber berichten Forschende Forscher der Universitäten Bristol und Leicester in der neuesten Ausgabe des Fachjournals Nature. Ihre Erkenntnisse beruhen auf Untersuchungen, die mithilfe von Röntgentomografie an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des Paul Scherrer Instituts durchgeführt wurden. Die Ergebnisse helfen zu verstehen, wie Eigenschaften entstanden sind, die heutige Säugetiere auszeichnen.
Geordneter Elektronenfluss im Isolator
Forschende des PSI, der EPFL und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben gezeigt, dass das Material SmB6 alle Eigenschaften eines topologischen Isolators zeigt, also eines Materials, an dessen Oberfläche polarisierte Ströme fliessen können. Das Besondere an diesem Material ist, dass die Eigenschaft sehr robust ist à an der Materialoberfläche fliessen nur polarisierte Ströme und die Eigenschaft bleibt auch bei kleinen Unregelmässigkeiten in der Struktur oder Zusammensetzung des Materials erhalten. Polarisierte Ströme sind für die Spintronik à Elektronik, die den Elektronenspin nutzt à wichtig.
16 Nanometer in 3D
Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI haben ein Verfahren entwickelt, das neue Grössenbereiche der tomografischen Abbildung zugänglich macht und so in Zukunft etwa die detaillierte Darstellung biologischen Gewebes möglich machen wird. Mit Hilfe eines speziellen Messaufbaus an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS haben sie in einer grösseren Probe eine Auflösung von 16 Nanometern erreicht und damit einen Weltrekord aufgestellt.
3-D-Film zeigt das Innere fliegender Insekten
Mithilfe von Röntgenlicht aus der SLS konnten Hochgeschwindigkeitsaufnahmen der Flugmuskeln von Fliegen in 3-D erstellt werden. Ein Team von Wissenschaftlern der Oxford University, des Imperial Colleges (London) und des Paul Scherrer Instituts PSI entwickelte ein bahnbrechendes, neuartiges CT-Aufnahmeverfahren, mit dem sie das Innere von fliegenden Insekten filmen konnten. Die Filme gewähren einen Einblick in die Tiefe eines der komplexesten Mechanismen der Natur und zeigen, dass Strukturverformungen entscheidend dafür sind, wie eine Fliege ihren Flügelschlag steuert.
Mit Röntgenlaser live beobachtet: Elektrizität steuert Magnetisierung
Forscher von ETH und PSI zeigen, wie sich in neuartigen Materialien die magnetische Struktur schnell ändern lässt. Der Effekt könnte in zukünftigen leistungsfähigen Festplatten Anwendung finden.
Ein Infektionswerkzeug mit metallischem Kern
Dank der Analyse von Proteinproben am PSI konnten Lausanner Forscher zeigen, mit welchem Instrument Bakterien Krankheiten übertragenForscher der ETH Lausanne EPFL haben mit bisher ungekannter Genauigkeit beschrieben, wie ein bestimmter Typ von Bakterien bei der Übertragung von Krankheiten vorgeht. Die Wissenschaftler um Petr Leiman, Assistenzprofessor am Labor für Strukturbiologie und Biophysik der EPFL, konnten zeigen, dass die Spitze des von den Bakterien benutzten Ansteckungswerkzeugs aus einem PAAR-Protein besteht, das ein Metallatom umgibt und spitz zuläuft. Grundlage der Erkenntnisse bilden Messungen an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS, einer der drei Grossforschungsanlagen des Paul Scherrer Instituts PSI.
Wie Botox an Nervenzellen bindet
Botox ist ein hochgefährliches Gift, das Lähmungen verursacht. In der Kosmetik wird es zur zeitweiligen Beseitigung von Falten und in der Medizin etwa als Mittel gegen Migräne oder zur Korrektur von Strabismus (Schielen) eingesetzt. Ein Forschungsteam hat nun bestimmt, wie das Toxinmolekül an die Nervenzelle bindet, deren Aktivität vom Gift blockiert wird. Die Ergebnisse können nützlich für die Entwicklung verbesserter Medikamente sein, bei denen die Gefahr einer Überdosierung geringer ist als bisher.
Elektronen mit „gespaltener Persönlichkeit“
Im supraleitenden Material La1.77Sr0.23CuO4 verhält sich oberhalb der Übergangstemperatur ein Teil der Elektronen wie in einem konventionellen Metall, ein anderer Teile wie in einem unkonventionellen à je nach Bewegungsrichtung. Das zeigen Untersuchungen an der SLS. Die Entdeckung dieser Anisotropie liefert einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Hochtemperatursupraleitung. Ausserdem wird man diesen Effekt in zukünftigen Experimenten und Theorien berücksichtigen müssen.
Mit Röntgenstrahlen der Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkus auf der Spur
Mithilfe von Röntgen-Tomographie haben Forschende die Vorgänge in Materialien von Batterie-Elektroden detailliert untersuchen können. Anhand hochaufgelöster 3D-Filme zeigen sie auf, weshalb die Lebensdauer der Energiespeicher begrenzt ist.
PSI-Forscherin Helena Van Swygenhoven erhält angesehene Europäische Förderung (ERC Grant)
Helena Van Swygenhoven, Werkstoffforscherin am Paul Scherrer Institut und Professorin an der ETH Lausanne (EPFL), erhält einen ERC Advanced Grant. Diese angesehene Förderung des Europäischen Forschungsrates in Höhe von 2,5 Millionen Euro wird es ihr ermöglichen, das neues Forschungsprojekt MULTIAX zu begründen. In diesem Projekt wird sie Vorgänge bei der Verformung von metallischen Werkstoffen untersuchen, die zum Beispiel für die Herstellungsprozesse von Autoteilen wichtig sind. Zusätzlich werden in dem Projekt neuartige Verfahren zur Untersuchung von Werkstoffen entwickelt, die dann auch anderen Forschenden zur Verfügung stehen werden.
Zähnen
Mit Hilfe von Röntgenlicht aus der Synchrotron Lichtquelle Schweiz des PSI ist es Paläontologen der Universität Bristol gelungen, ein Rätsel um den Ursprung der ersten Wirbeltiere mit harten Körperteilen zu lösen. Sie haben gezeigt, dass die Zähne altertümlicher Fische (der sogenannten Conodonten) unabhängig von den Zähnen und Kiefern heutiger Wirbeltiere entstanden sind. Die Zähne dieser Wirbeltiere haben sich vielmehr aus einem Panzer entwickelt, der dem Schutz vor den Conodonten, den ersten Raubtieren, diente.
Neutronen und Synchrotronlicht helfen bronzezeitliche Arbeitstechniken zu entschlüsseln
Untersuchungen am PSI haben es möglich gemacht, zu bestimmen, wie ein einzigartiges bronzezeitliches Beil hergestellt worden ist. Zu verdanken ist das dem Verfahren der Neutronentomografie, mit der man ein genaues dreidimensionales Abbild des Inneren eines Gegenstandes erzeugen kann. Seit einem Jahrzehnt kooperiert das PSI erfolgreich mit verschiedenen Museen und archäologischen Institutionen im In- und Ausland. Es ist ein deutliches Zeichen der etablierten Kooperation, dass der 18. Internationale Kongress über Antike Bronzen, der vom 3. - 7. September 2013 an der Universität Zürich stattfindet, auch einen Tag am PSI tagt.