16.02.2011

Einblick in die Oberfläche von Gläsern

Eine neue Methode ermöglicht die atomare Untersuchung von Oberflächen mit ungeordneter Struktur mittels Röntgenstrahlung.

Eine neue Methode ermöglicht die atomare Untersuchung von Oberflächen mit ungeordneter Struktur mittels Röntgenstrahlung.

DVDs werden millionenfach produziert, bis vor kurzem waren die chemisch-physikalischen Schreibprozesse dahinter allerdings ein Rätsel. Die Oberfläche dabei verwendeter Gläser lies sich nur schwer untersuchen und theoretisch beschreiben. Einem internationalen Forscher-Team um Wolfram Steurer von der Universität Graz in Österreich gelang nun mittels Röntgenstrahlung ein wichtiger Schritt zur Analyse solcher Materialien. Die Wissenschafter fanden einen Weg, wie Oberflächen mit ungeordneter Struktur atomar, also im Nanobereich, abgebildet werden können.

Abb.: 96-Atomiges Struktur-Modell von Selen an einer Oberfläche. (Bild: W. Steurer et al./Nature Communications)

Oberflächen können grob in zwei Kategorien unterteilt werden: in geordnete und ungeordnete. Geordnete Oberflächen, wie zum Beispiel die von Kristallen, können dank der periodischen Anordnung ihrer Atome extrem präzise abgebildet werden. Im Gegensatz dazu sind ungeordnete Oberflächen ein nahezu unbeschriebenes Blatt. Mittels gestreuter Röntgenstrahlen, die unter einem sehr flachen Winkel auf die Oberfläche auftreffen, gelang den Grazer Forschern zum ersten Mal der experimentelle Einblick in die Anordnung der chemischen Bindungen an der Oberfläche eines Selen-Glases. „Selen gehört zur Klasse der chalkogeniden Materialien, deren ganz besondere Eigenschaften bei optischen Speichermedien wie DVDs angewandt werden“, erklärt Steurer.

Bei ihren Forschungen leiteten die Wissenschafter in einem ersten Schritt Röntgenstrahlen unter einem sehr flachen Einfallswinkel auf eine ungeordnete Oberfläche. „Diese Strahlen werden vollständig reflektiert, im Gegensatz zu sichtbarem Licht“, sagt Steurer. Bei der Kollision mit der Oberfläche können die auftreffenden Lichtteilchen Atome zu Schwingungen anregen und so Energie abgeben oder die Energie von bereits vibrierenden Atomen aufnehmen. Die Energieverteilung der gestreuten Lichtteilchen wird im Anschluss gemessen und spiegelt die Dynamik der Oberfläche wieder. In einem zweiten Schritt wird das experimentell aufgenommene Schwingungsspektrum analysiert und mit Modellrechnungen verglichen.

Der Wissenschaft stehen nun neue Methoden zur Verfügung, Oberflächen wie die einer DVD im Detail zu untersuchen und technisch zu verbessern. Das so erworbene Wissen spielt auch eine wichtige Rolle in den Nanotechnologien und der Katalysatorforschung.

Karl-Franzens-Universität Graz / AL

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