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Nachrichten aus der Forschung

  • 16. Januar 2015
    Wie Nanopartikel interne Struktur von Flüssigkeiten umordnen

    Prof. Dr. Reinhard Neder und Mirijam Zobel
    Mirijam Zobel und Prof. Dr. Reinhard Neder während des Experiments an der European Synchroton Research Facility in Grenoble. (Bild: FAU)
    Fast unbemerkt sind sie Teil unseres täglichen Lebens geworden: Nanopartikel führen in Kosmetika, Nahrungsmitteln und Medikamenten, aber auch in Katalysatoren zu besonderen Eigenschaften der Produkte. In den meisten Anwendungsgebieten werden die Nanopartikel in Flüssigkeiten aufgelöst, denn viele ihrer Eigenschaften entstehen an den Grenzflächen. Bisher konnten Wissenschaftler jedoch nur theoretisch modellieren, ob und wie sich die interne Struktur einer Flüssigkeit an der Oberfläche eines Nanopartikels verändert. Physikern der FAU ist nun erstmals der experimentelle Nachweis gelungen. Ihre Ergebnisse haben sie jetzt in dem renommierten Wissenschaftsjournal Science* veröffentlicht.
    Flüssigkeiten wie Wasser oder Alkohole besitzen eine interne Struktur: Sauerstoffelemente wechselwirken mit Wasserstoffatomen, wodurch sich Strukturen wie beispielsweise Ringmotive oder Ketten innerhalb der Flüssigkeit bilden. Diese Struktur bricht in der Nähe von glatten Oberflächen – wie beispielsweise Gefäßwänden – auf. Für Nanopartikel sagten Wissenschaftler eine ähnliche Verhaltensweise voraus, es fehlte bisher jedoch der experimentelle Nachweis. Den haben nun die FAU-Wissenschaftler Prof. Dr. Reinhard Neder und Mirijam Zobel von der Professur für Allgemeine Mineralogie/Kristallographie geliefert.
    Für den Nachweis benutzen die FAU-Wissenschaftler die Pair Distribution Function (PDF; deutsch: Paarverteilungsfunktion). Da weltweit nur wenige Geräte die präzisen PDF-Messungen erlauben, reisten die FAU-Wissenschaftler zur European Synchroton Radiation Facility ins französische Grenoble. Dort bestrahlten die Wissenschaftler die Proben – eine Vielzahl selbst hergestellter und käuflich erworbener Nanopartikel wie beispielsweise Zinkoxid oder Silber aufgelöst in verschiedenen Lösungsmitteln – mit hochenergetischen Röntgenstrahlen. Die Strahlen erzeugten ein Röntgenbild sobald sie auf die Elektronen des Nanopartikels und des Lösungsmittels treffen. Mithilfe dieser Aufnahme berechneten die Wissenschaftler, wie weit die einzelnen Atome voneinander entfernt sind ‐ und wiesen so nach, dass sich die Moleküle an der Grenzfläche von Nanopartikel und Flüssigkeit neu ordnen. Diese Umordnung ist direkt an der Grenzfläche am stärksten und erstreckt sich über etwa fünf Molekülschichten, bis weiter von der Grenzfläche entfernt wieder die Eigenschaften der reinen Flüssigkeiten angenommen werden. "Wir erwarten, dass unsere allgemeingültigen Ergebnisse die Modellierung von chemischen Reaktionen an Oberflächen maßgeblich beeinflussen", erklärt Mirijam Zobel.

    *M. Zobel, R. B. Neder, S. A. J. Kimber, Science, 16. Januar 2015, Vol. 347, no. 6219. DOI: 10.1126/ science.1261412 (zum Artikel)

    Weitere Informationen unter:
    Mirijam Zobel
    Tel.: 09131/85-25185
    mirijam.zobel@fau.de

  • 9. Dezember 2014
    ERC Starting Grant geht an Prof. Dr. Sabine Maier

    Prof. Dr. Sabine Maier Prof. Dr. Sabine Maier wurde vom Exzellenzcluster Engineering of Advanced Materials (EAM) im Rahmen des EAM "Rising-Star"-Programms zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses im Oktober 2010 als W1-Professorin für Rastersondenmikroskopie an das Department für Physik der Universität Erlangen-Nürnberg berufen. Nachdem sie 2013 einen EAM Starting Grant in Höhe von 100.000 Euro erhielt, kann sie jetzt den ERC Starting Grant in Höhe von fast 1,5 Millionen Euro nutzen, ihr Forschungsgebiet auszubauen und ihre Arbeitsgruppe personell weiter aufzustocken. Sabine Maier untersucht mit der Rastersondenmikroskopie strukturelle und elektronische Eigenschaften molekularer Filme auf isolierenden Substraten im Ultrahochvakuum bei tiefen Temperaturen. Ihr Ziel ist es, geeignete 2-dimensionale Molekülstrukturen für nanoelektronische Anwendungen zu finden.
    Mit Sabine Maier gehen inzwischen 3 ERC starting grants an die Physik der FAU. Bereits erfolgreich waren hier Prof. Dr. Florian Marquardt und Prof. Dr. Ana-Sunčana Smith.

    Weitere Informationen unter FAU Pressemitteilungen .

  • 5. Dezember 2014
    Struktur und Stabilisierungsmechanismus der Magnetit (001) Oberfläche aufgeklärt Magnetit
    Magnetit (Fe3O4) ist ein wichtiger Katalysator, dessen Funktionalität wesentlich von den Eigenschaften seiner Oberflächen abhängt. In Zusammenarbeit mit zwei Forschergruppen der TU Wien ist es nun Lutz Hammer, Pascal Ferstl und M. Alexander Schneider vom Lehrstuhl für Festkörperphysik gelungen, mit Hilfe der Beugung langsamer Elektronen (LEED) die atomare Struktur der Magnetit(001) Oberfläche aufzuklären. Rätselhaft war unter anderem, warum zusätzliche adsorbierte Metallatome nur bestimmte Bindungsplätze auf der Oberfläche einnehmen, die 0.84 Nanometer voneinander getrennt sind und dort thermisch sehr stabil verweilen, ohne Cluster zu bilden. Dies war mit den bestehenden Modellvorstellungen nicht zu erklären. Des Rätsels Lösung ist nun gefunden: An der Oberfläche bildet sich eine besondere Struktur aus, bei der im Gitter der Metallionen Leerstellen und Zwischengitteratome entstehen, die die Adsorption an der Oberfläche entscheidend beeinflussen. Hier zeigt sich zum ersten Mal eindeutig, dass ein ionischer Metalloxidkristall seine Oberflächenstruktur nicht nur - wie bisher angenommen - durch Leerstellen im Sauerstoffgitter erreicht, sondern daß alternativ auch änderungen im Kationengitter auftreten können, zumindest in einer bestimmten Klasse von Materialien und Oberflächenorientierungen.
    Entscheidend für den Erfolg der Arbeit, die in der Fachzeitschrift Science* erschienen ist, war die in Erlangen durchgeführte Messung und Auswertung der Elektronenbeugungsintensitäten. Die hohe Qualität dieser Analyse erlaubte es, neben der eindeutigen Verifizierung des neuen Modells insgesamt 64 Parameter dieser Oberflächenstruktur mit sehr hoher Genauigkeit zu bestimmen. Neben der Aufklärung der Magnetitstruktur zeigt die Arbeit auch, dass die Strukturbestimmung mit Hilfe der Elektronenbeugung auch bei Oxidkristallen zu sehr genauen Ergebnissen führen kann. Wesentliche Limitation bisheriger Arbeiten war somit nicht die Methode an sich - wie vielfach in der Literatur gemutmaßt - sondern die oftmals unzureichend definierte Präparation der Kristalloberflächen sowie das Fehlen der richtigen Idee für die vorliegende Struktur.

    * Veröffentlicht am 5. Dezember 2014 in Science: R. Bliem, et al., Science Vol. 346, no. 6214, pp. 1215-1218; DOI: 10.1126/science.1260556

    Weitere Informationen unter FAU Pressemitteilungen .

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Aktuelles

  • Sommersemester 2015
    MSc. Physics FAU Physikstudium goes international
    Master in Physik und Materialphysik ab Sommersemester 2015 durchgängig auf Englisch

    Das Department Physik hat einen wichtigen Schritt zur internationalen Ausrichtung seines Studienprogramms getan: Ab kommenden Sommersemester werden der Masterstudiengänge in Physik und Materialphysik nur noch auf Englisch studierbar sein. Zum einen trägt diese Umstellung zu einer höheren Attraktivität der Studiengänge für ausländische Studierende bei. Für die deutschsprachigen Studierenden bedeutet der Besuch englischsprachiger Lehrveranstaltungen zwar eine Umstellung, bringt aber gleichzeitig auch einen großen Vorteil — sie erhalten neben einer exzellenten fachlichen Ausbildung zusätzliche Sprachkompetenz in ihrem Fachgebiet. Denn die Physik (wie auch allgemein die naturwissenschaftlichen und technischen Berufsfelder) sind international vernetzt und ihre Sprache ist Englisch — Englischkenntnisse werden daher in nahezu jedem beruflichen Umfeld von Akademikern gefordert. Die Studierenden werden bei der Vorbereitung auf die englischen Lehrveranstaltungen durch das Sprachenzentrum der FAU mit speziellen fachspezifischen Kursen unterstützt.

  • Januar - Februar 2015
    Moderne Physik am Samstagmorgen
    Weltall, Mikroskopie, Brownsche Bewegung, und Graphen

    Poster Physik am Samstagmorgen Speziell für Schülerinnen, Schüler und interessierte Laien ist die Vortragsreihe gedacht. An vier Samstagen bietet das Department Physik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Einblicke in moderne Forschungsthemen auf einem allgemeinverständlichen Niveau.
    Auch im Winter 2014/15 finden wieder vier Vorträge statt:
    Samstag, 17. Januar:
    Teilchen aus dem Weltraum und ihre Botschaften
    Prof. Dr. Uli Katz
    Samstag, 24. Januar:
    Die Revolution in der optischen Mikroskopie
    Prof. Dr. Vahid Sandoghdar
    Samstag, 31. Januar:
    Einstein und die Brownsche Bewegung
    Prof. Dr. Klaus Mecke
    Samstag, 7. Februar:
    Graphen: ein zweidimensionales Material voller Überraschungen
    Prof. Dr. Heiko Weber

    Die Vorträge finden jeweils um 11:15 im Hörsaal G des Hörsaalgebäudes Physik/Biologie der Universität Erlangen-Nürnberg statt (Staudtstr. 5, Erlangen). Es fahren die Buslinien 287 und 293 zur Haltestelle Sebaldussiedlung. Von dort ist es nur ein kurzer Fußweg, der ausgeschildert sein wird.
    Nähere Informationen unter:
    Der Samstagmorgen am Lehrstuhl für Quantensysteme

  • November 2014
    Zwei Teilnehmer des Erlanger Schülerforschungszentrums (ESFZ) gewinnen Schülerpreis der DPG
    Zwei Teilnehmer des Erlanger Schülerforschungszentrums ESFZ (Lars Dehlwes und Felix Wechsler) gewinnen Schülerinnen und Schülerpreis 2015 der Deutschen Physikalischen Gesellschaft DPG für herausragende Leistungen bei internationalen Physik-Wettbewerben.

    Die Preisträger der internationalen Physikolympiade:
    Preisträger der Physikolympiade Maximilian Keitel, Wilhelm-Ostwald-Schule Leipzig
    Lars Dehlwes, Ohm-Gymnasium Erlangen
    Morian Sonnet, Gymnasium Himmelsthür Hildesheim
    Markus Helbig, Carl-Friedrich-Gauß-Gymnasium Frankfurt/Oder
    Lingyun Li, Wilhelm-Dörpfeld-Gymnasium Wuppertal

    Die Verleihung erfolgt in Würdigung der Leistungen, die sie als Mitglied der deutschen Mannschaft bei der 45. Internationalen Physikolympiade in Astana, Kasachstan erreicht haben.
    Bild: http://wettbewerbe.ipn.uni-kiel.de/ipho/teilnehmer.html

    Die Preisträger des IYPT Wettbewerbs: Preisträger International Young Physicists' Tournament
    Tobias Gerbracht, Carl-Fuhlrott-Gymnasium Wuppertal
    Felix Wechsler, Johann-Sebastian-Bach-Gymnasium Windsbach
    Vincent Stimper, Karl-Schmidt-Rottluff-Gymnasium Chemnitz
    Jonas Landgraf, Augustinus-Gymnasium Weiden
    Arne Hensel, Bundespräsident-Theodor-Heuss-Schule Homberg

    Die Verleihung erfolgt in Würdigung der Leistungen, die sie als Mitglied des deutschen Teams beim 27th International Young Physicists' Tournament (IYPT) in Shrewsbury, Großbritannien erreicht haben.
    Bild: GYPT/Jan Binder

    Die Auszeichnungen werden im März 2015 während der DPG-Jahrestagung in Berlin überreicht.


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