Diverses

Freie-Elektronen-Laser macht „molekulares Kugellager“ sichtbar

Tuesday, 3rd January 2017Diverses

 

Die Doktoranden Matias Fagiani (li.) und Sreekanta Debnath (re.) vor dem Undulator des Freie-Elektronen-Lasers am Fritz-Haber-Institut.

Die Doktoranden Matias Fagiani (li.) und Sreekanta Debnath (re.) vor dem Undulator des Freie-Elektronen-Lasers am Fritz-Haber-Institut.

Der Freie-Elektronen-Laser (FEL) des Fritz-Haber-Instituts (FHI) erzeugt intensive Pulse von Infrarotstrahlung, deren Wellenlänge über einen weiten Bereich variiert werden kann. Im Gegensatz zu konventionellen Lasern, wo die Strahlung in einem Gas, einer Flüssigkeit oder einem Festkörper entsteht, wird sie im FEL von einem Elektronenstrahl erzeugt, der frei durch ein Vakuumrohr verläuft. Durch starke, abwechselnd gepolte Magnetfelder werden die Elektronen in einem sogenannten Undulator (siehe Abb. 1) wie beim Slalom zum Schlingern (Undulation) gebracht; dadurch senden sie Strahlung aus.. Die Wellenlänge der Strahlung kann durch Änderung der Elektronenenergie oder der Magnetfeldstärke variiert werden Bevor die Elektronen den Undulator durchlaufen, müssen sie allerdings auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Dazu benötigt man einen aufwendigen Elektronenbeschleuniger. Eine solche Anlage ist seit 2013 am Fritz-Haber-Institut in Betrieb.

In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern vom Wilhelm-Ostwald-Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Leipzig und dem Institut für Optik und Atomare Physik der Technische Universität Berlin konnte die Strahlung des FHI FEL genutzt werden, um ein außergewöhnliches molekulares System, die Bor-Verbindung B13+, zu erforschen. Es war schon länger bekannt, dass genau dreizehn Bor-Atome eine besonders stabile Verbindung, einen sogenannten „magischen Cluster“, bilden können. Dessen Struktur ist planar und besteht aus zwei konzentrisch angeordneten Ringen: einem inneren Ring aus drei und einem äußeren Ring aus zehn Bor-Atomen (siehe Abb. 2). Das Besondere daran ist, dass die Struktur zwar außerordentlich stabil, aber trotzdem nicht starr ist. Die Arbeitsgruppe um Thomas Heine (Theoretische Chemie, Leipzig) hatte schon vor einigen Jahren theoretisch vorausgesagt, dass die beiden Ringe sich wie in einem Kugellager gegeneinander verdrehen lassen, ohne dadurch die Gesamtstabilität der Verbindung zu beeinträchtigen. Die Elektronenpaare übernehmen dabei die Rolle der Kugeln, die eine quasi reibungslose, gegenläufige Bewegung der atomaren Ringe ermöglichen.

Der Arbeitsgruppe von Knut Asmis (Physikalische Chemie, Leipzig) ist es in Zusammenarbeit mit André Fielicke (TU Berlin) gelungen, dieses ungewöhnliche molekulare System aus Bor herzustellen. Der Nachweis dafür, dass die Struktur tatsächlich aus zwei konzentrischen Ringen aufgebaut ist und diese wie vorhergesagt gegeneinander rotieren können, konnte mit Hilfe des FHI FEL erbracht werden. Dessen intensive IR-Strahlung von durchstimmbarer Wellenlänge ermöglichte die Messung des Schwingungsspektrums von B13+. Solch ein Spektrum ist wie ein Fingerabdruck der in einem Molekül oder Cluster möglichen Bewegungen. Für den B13+-Cluster geht aus dem Spektrum der eindeutige Hinweis auf die Quasirotation der beiden Ringe zueinander hervor.titelbild_de_png

Für Wieland Schöllkopf, den wissenschaftlichen Leiter des FHI FEL, ist dieses Resultat, das mit keinem konventionellen Laser möglich gewesen wäre, ein beeindruckendes Beispiel für die Anwendungsmöglichkeiten der FEL-Strahlung. Darüber hinaus führt der Nachweis eines aus nur 13 Atomen bestehenden molekularen Kugellagers in das spannende und hochaktuelle Forschungsgebiet der sogenannten „Molekularen Maschinen“, ein Forschungsgebiet, dessen Entwicklung just mit dem Nobelpreis für Chemie 2016 ausgezeichnet wurde.

Veröffentlichung:

Untersuchung der Struktur und Dynamik des B13+ mithilfe der Infrarot-Photodissoziationsspektroskopie
M.R. Fagiani, X. Song, P. Petkov, S. Debnath, S. Gewinner, W. Schöllkopf, T. Heine, A. Fielicke, K.R. Asmis
Angew. Chem. 129, 515-519 (2017)

 


EMIL am Synchrotron BESSY II eingeweiht

Tuesday, 8th November 2016Diverses

Am 31. Oktober wurde der Laborkomplex EMIL (Energy Materials In-Situ Laboratory) am Synchrotron BESSY II in Adlershof von der Forschungsministerin Johanna Wanka feierlich eingeweiht.

 EMIL beherbergt Laborkomplexe mit unterschiedlicher wissenschaftlicher Ausrichtung: das Energie-Material-Forschungslabor SISSY (Solar Energy Material In-situ Spectroscopy at the Synchrotron) des HZB – hier sollen neue Dünnschichtmaterialien für Solarzellen, solare Brennstoffe, Thermoelektrika und Materialien für energieeffiziente Informationstechnologien entwickelt werden; das Katalyse-Labor für nachhaltige Energieversorgung CAT (Catalysis Research for Sustainable Energy Supply) zur Erforschung (photo-)katalytische Prozesse und und zur Klärung spezifischer Fragestellungen im Bereich Energieumwandlung und -speicherung des Berliner Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft (FHI) – untersucht werden edelmetallbasierte Elektrodenmaterialien (Iridium, Ruthenium, Platin) sowie Übergangsmetalle wie Nickel, Chrom und Eisen als Katalysatoren in der heterogenen Katalyse. das Labor für Röntgenemissionsstudien PINK, das vom Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (CEC) in Mülheim an der Ruhr betrieben wird.

EMIL beherbergt Laborkomplexe mit unterschiedlicher wissenschaftlicher Ausrichtung:
das Energie-Material-Forschungslabor SISSY (Solar Energy Material In-situ Spectroscopy at the Synchrotron) des HZB – hier sollen neue Dünnschichtmaterialien für Solarzellen, solare Brennstoffe, Thermoelektrika und Materialien für energieeffiziente Informationstechnologien entwickelt werden;
das Katalyse-Labor für nachhaltige Energieversorgung CAT (Catalysis Research for Sustainable Energy Supply) zur Erforschung (photo-)katalytische Prozesse und und zur Klärung spezifischer Fragestellungen im Bereich Energieumwandlung und -speicherung des Berliner Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft (FHI) – untersucht werden edelmetallbasierte Elektrodenmaterialien (Iridium, Ruthenium, Platin) sowie Übergangsmetalle wie Nickel, Chrom und Eisen als Katalysatoren in der heterogenen Katalyse.
das Labor für Röntgenemissionsstudien PINK, das vom Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (CEC) in Mülheim an der Ruhr betrieben wird. Foto: HZB/Volker Mai

Robert Schlögl bei der Führung durch EMIL, Foto: Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft für Solarify

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lesen Sie mehr: http://www.solarify.eu/2016/11/01/105-emil-am-synchrotron-bessy-ii-eingeweiht/1/


Hans-Joachim Freund zum Mitglied der American Academy of Arts and Sciences gewählt

Friday, 29th April 2016Diverses

CAMBRIDGE, MA | APRIL 20, 2016 – The American Academy of Arts and Sciences today announced the election of 213 new members. They include some of the world’s most accomplished scholars, scientists, writers, artists, as well as civic, business, and philanthropic leaders. Among those elected into this newest class is Professor Dr. Hans-Joachim Freund of Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft. […]

Founded in 1780, the American Academy of Arts and Sciences is one of the country’s oldest learned societies and independent policy research centers, convening leaders from the academic, business, and government sectors to respond to the challenges facing—and opportunities available to—the nation and the world. Current Academy research focuses on higher education, the humanities, and the arts; science and technology policy; global security and energy; and American institutions and the public good. The Academy’s work is advanced by its elected members, who are leaders in the academic disciplines, the arts, business, and public affairs from around the world.

(Text von der AAAS auszugsweise übernommen)


Grundlegende Wechselwirkungen in Festkörpern direkt beobachtet

Friday, 15th April 2016Diverses
Illustration des Elektronenbeugungsexperiments. copyright: Waldecker/FHI

Illustration des Elektronenbeugungsexperiments.
copyright: Waldecker/FHI

Eines der wichtigsten Themen der Festkörperphysik sind die Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Schwingungen von atomaren Ionen, aus denen jegliche kondensierte Materie besteht. Sie bestimmen grundlegende Eigenschaften von Materialien, wie die Leitfähigkeit von Strom und Wärme, den Energieverlust in elektronischen Geräten und das Auftreten von Quantenphänomenen wie beispielsweise der Supraleitfähigkeit.

Lutz Waldecker und Roman Bertoni von der Max-Planck-Forschungsgruppe „Structural and Electronic Surface Dynamics“ unter der Leitung von Ralph Ernstorfer haben gemeinsam mit Jan Vorberger vom Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden diese Wechselwirkungen zwischen Elektronen und dem atomaren Gitter in Aluminium nach dem Auftreffen eines sehr kurzen Laserimpulses sichtbar gemacht und quantifiziert. Aufgrund der Wechselwirkungen geben die durch den Laser angeregten Elektronen nach und nach Energie an die Atomschwingungen ab. Aus aufeinanderfolgenden Momentaufnahmen der Schwingungen erhält man einem „Film“ dieses Prozesses. Der Vergleich zwischen den experimentellen Ergebnissen und modernsten numerischen Berechnungen führte zu einer Verbesserung des bestehenden Modells solcher Wechselwirkungen.

Originalveröffentlichunf:
Lutz Waldecker, Roman Bertoni, Ralph Ernstorfer, and Jan Vorberger
Electron-Phonon Coupling and Energy Flow in a Simple Metal beyond the Two-Temperature Approximation
Physical Review X vol. 6 (doi: 10.1103/PhysRevX.6.021003)

Kontakt: Dr. Ralph Ernstorfer, Lutz Waldecker

Gaedepreis 2016 geht an Dr. Julia Stähler und Gerhard Ertl Young Investigator Award an Dr. Takashi Kumagai

Tuesday, 5th April 2016Diverses

Der von der Deutschen Vakuumgesellschaft ausgelobte Gaedepreis wurde in diesem Jahr an Dr. Julia Stähler (Abteilung Physikalische Chemie) verliehen. Sie erhielt ihn für ihre herorragenden Arbeiten auf dem Gebiet der ultraschnellen Dynamik von Elementarprozessen und der Vielteilcheneffekten an Oberflächen und in Festkörpern. Der Preis wurde am 8. März 2016 bei der 80. Jahrestagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft verliehen. Er besteht aus einer Urkunde, dem Modell der ersten Molekularluftpumpe von Prof. Wolfgang Gaede sowie einem Preisgeld von 10.000,- €.

Den diesjährigen Gerhard Ertl Young Investigator Award erhielt Dr. Takashi Kumagai (ebenfalls Abteilung Physikalische Chemie), der sich mit seiner Präsentation gegen die anderen vier Finalisten durchsetzen konnte.

Der Preis wird seit 2010 vom Fachverband Oberflächenphysik der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) an herausragende Nachwuchsforscherinnen und -forscher verliehen, deren Promotion nicht länger als sechs Jahre zurückliegt. Die Auszeichnung wird im Rahmen der DPG-Frühjahrstagung in Berlin überreicht.

Der Gerhard Ertl Young Investigator Award ist mit 3.000 Euro dotiert und wird von der Zeitschrift „Surface Science“ des Elsevier-Verlags unterstützt. Er ist nach Prof. Dr. Gerhard Ertl (Fritz-Haber-Institut Berlin) benannt, dem Chemie-Nobelpreisträger von 2007.


Van-der-Waals-Kraft haftet besser als gedacht

Friday, 18th March 2016Diverses
 Weil sie die Van-der-Waals-Kraft als Wechselwirkung nicht zwischen Teilchen, sondern zwischen Wellen beschreiben, haben Forscher unter anderem des Fritz-Haber-Instituts festgestellt, dass die Anziehungskräfte zwischen ungeladenen Atomen und Molekülen deutlich weiter reichen als bislang angenommen. Damit verändert sich das Verständnis der Kräfte, die zwischen Nanostrukturen wie einzelnen Graphenblättern, Proteinen und Kohlenstoffnanoröhrchen wirken. © Fritz-Haber-Institut der MPG

Weil sie die Van-der-Waals-Kraft als Wechselwirkung nicht zwischen Teilchen, sondern zwischen Wellen beschreiben, haben Forscher unter anderem des Fritz-Haber-Instituts festgestellt, dass die Anziehungskräfte zwischen ungeladenen Atomen und Molekülen deutlich weiter reichen als bislang angenommen. Damit verändert sich das Verständnis der Kräfte, die zwischen Nanostrukturen wie einzelnen Graphenblättern, Proteinen und Kohlenstoffnanoröhrchen wirken.
© Fritz-Haber-Institut der MPG

„Die quantenmechanische Beschreibung der Kraft zwischen ungeladenen Atomen und Molekülen bewährt sich an realen Strukturen

Sie sorgen dafür, dass Gase unterhalb einer bestimmten Temperatur zu  Flüssigkeiten kondensieren. Sie geben Klebstoff ihre Haftkraft und lassen einen Gecko kopfüber an einer Wand hängen: die Van-der-Waals-Kräfte. Mit einem quantenmechanischen Ansatz ist es Forschern des Berliner Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft gemeinsam mit Kollegen in Italien und den USA gelungen, die Anziehungskräfte, die zwischen ungeladenen Nanostrukturen wirken, akkurater zu beschreiben, als das bislang möglich war. Erstmals wendeten sie das Konzept dabei erfolgreich auf reale Molekülstrukturen an. Die Forscher können sich vorstellen, dass eines Tages auch praxisorientierte Materialwissenschaftler, Prozessdesigner oder auch Wirkstoffforscher vom besseren Verständnis der Van-der-Waals-Kräfte profitieren werden. Zum Beispiel, weil es so möglich werden könnte, die Kräfte gezielt zu modulieren.“

Das gab die Max-Planck-Gesellschaft in einer vielzitierten Pressemitteilung bekannt.

Alberto Ambrosetti, Nicola Ferri, Robert A. DiStasio Jr. and Alexandre Tkatchenko
Wavelike Charge Density Fluctuations and van der Waals Interactions at the Nanoscale

UNICAT-Interview mit Bretislav Friedrich über Clara Haber, geb. Immerwahr

Friday, 19th February 2016Diverses

Der Exzellenzcluster UniCat hat kürzlich ein Interview mit Professor Bretislav Friedrich vom FHI über Clara Haber, geb. Immerwahr, veröffentlicht. Gegenstand des Geprächs ist ein gemeinsamer Artikel B. Friedrichs und Professor Dieter Hoffmanns (Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte), der in der Zeitschrift für Allgemeine und Anorganische Chemie (ZAAC) erscheinen wird. Darin befassen sich die Autoren mit Leben, Werk und Vermächtnis Clara Habers und werfen einen kritischen Blick auf den Mythos, der seit den 1990er Jahren um sie entstanden ist und die öffentliche Wahrnehmung bis heute prägt. Das Interview, das von UniCat-Pressesprecher Dr. Martin Penno geführt wurde, fasst den ZAAC-Beitrag zusammen und kann in voller Länge hier nachgelesen werden.

 

 


Zwei ERC Consolidator Grants für die Abteilung Physikalische Chemie am Fritz-Haber-Institut

Monday, 8th February 2016Diverses

ERC_LogoGleich zwei Forscher der Abteilung Physikalische Chemie, Tobias Kampfrath und Ralph Ernstorfer, haben sich erfolgreich um einen ERC Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrates beworben. Auf der Grundlage eines exzellenten Forschungsvorschlags und einer vielversprechenden wissenschaftlichen Erfolgsbilanz gehen diese Gelder an unabhängige Nachwuchsforscher mit 7-12 Jahren Forschungserfahrung nach Abschluss der Promotion. Ziel ist es, junge Wissenschaftler an einem Punkt ihrer Karriere zu fördern, an dem sie eine eigene, unabhängige Forschungsgruppe oder ein Forschungsthema etablieren (https://erc.europa.eu/consolidator-grants/german). Die neuen Projekte der beiden Forscher sind auf jeweils 5 Jahre ausgelegt und werden mit 2 bzw. 2,6 Mio Euro gefördert.

Tobias Kampfraths TERAMAG-Projekt zielt auf die Nutzbarmachung des Elektronenspins bei extrem hohen Frequenzen im Terahertz-Bereich. Das ist nicht nur für die künftige Verarbeitung magnetisch gespeicherter Information, sondern auch für die Entwicklung neuer und hocheffizienter elektromagnetischer Strahlungsquellen im Terahertz-Bereich von Bedeutung.

Ralph Ernstorfer widmet sich der Untersuchung halbleitender Schichtkristalle aus der Gruppe der Übergangsmetall-Dichalcogeniden. Mittels verschiedener zeitaufgelöster experimenteller Methoden soll die Wechselwirkung von Elektronen und deren Spin mit den Atomschwingungen aufgeklärt werden. Das Projekt FLATLAND wird dadurch zum Verständnis der Relaxations- und Dissipationseffekte in zweidimensionalen Halbleitern und daraus zusammengesetzter Heterostrukturen beitragen.

Weitere Informationen über diese Forschungsthemen und -methoden sind auf den Internetseiten der Terahertz-Gruppe (http://www.fhi-berlin.mpg.de/pc/KAMPFRATH/welcome.html) und der Max-Planck-Forschungsgruppe Structural & Electronic Surface Dynamics (http://w0.rz-berlin.mpg.de/pc/ernstorfer/) zu finden.

 

 


Clara Haber – Wissenschaftlerin und Heldin im Kampf gegen Chemiewaffen?

Friday, 4th December 2015Diverses

Die ständige Vertretung der Bundesrepublik Deutschland bei der Organisation für das Verbot chemischer Waffen (OVCW) erinnerte am 26. November in Den Haag mit einer mit einer Lunch Lecture an Clara Haber, geb. Immerwahr. Professor Bretislav Friedrich vom Fritz-Haber-Institut hielt den Festvortrag, eine gemeinsame Arbeit mit Professor Dieter Hoffmann vom MPI für Wissenschaftsgeschichte.  Nähere Einzelheiten finden Sie auf der Seite der OVCW.


Pseudoteilchen wandern durch photoaktives Material

Wednesday, 29th April 2015Diverses

Wissenschaftler messen wichtigen Prozess bei der Umwandlung von Lichtenergie – Publikation in Nature Communications

An dem photoaktiven Material Zinkoxid untersuchten die Wissenschaftler die Bildung und Bewegung von sogenannten Polaronen. (Abbildung: Patrick Rinke/Aalto University)

Einen wichtigen Schritt der Umwandlung von Licht in speicherbare Energie haben Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT),  des Fritz-Haber-Instituts Berlin und der Aalto University in Helsinki/Finnland aufgeklärt: Sie untersuchten die Bildung von sogenannten Polaronen in Zinkoxid. Die Pseudoteilchen wandern durch das photoaktive Material, bis sie an einer Grenzschicht in elektrische oder chemische Energie umgewandelt werden. Ihre unter anderem für die Photovoltaik wichtigen Erkenntnisse veröffentlichen die Forscher in der renommierten Zeitschrift Nature Communications.

Dazu hat das KIT eine Pressemitteilung herausgegeben, die auf den Portalen alphagalileo.org und eurekalert.org veröffentlicht wurde. Zur vollständigen Pressemitteilung folgen Sie bitte diesem Link.

Originalveröffentlichung

Hikmet Sezen, Honghui Shang, Fabian Bebensee, Chengwu Yang, Maria Buchholz, Alexei Nefedov, Stefan Heissler, Christian Carbogno, Matthias Scheffler, Patrick Rinke, and Christof Wöll: Evidence for photogenerated intermediate hole polarons in ZnO.
Nature Communications
, 22nd April 2015. DOI 10.1038/ncomms7901