Vulkanforschung im äußeren Sonnensystem bringt neue Erkenntnisse für Nanoforschung

Eiskristalle mit ungewöhnlichen Ausdehnungseigenschaften könnten für Entwickler von Mikroelektronik interessant sein

Ein Wissenschaftler des Institut Laue-Langevin in Grenoble hat jetzt Eiskristalle in den Monden von Saturn und Neptun entdeckt, die aufgrund ihrer Formveränderungen für Nanoschalter verwendet werden könnten. Das eröffnet neue Perspektiven für die angewandte Forschung und die zukünftige Nanotechnik. „Nanoschalter“ sind Ventile, die so klein wie ein einziges Atom sind und in der Mikroelektronik im Nanomaßstab Verwendung finden.

Im Zuge seiner Neutronenstreuungsforschung untersuchte der Planetengeologe Dr. Dominic Fortes die innere Struktur von Eismonden wie den Neptun-Mond Triton. Er suchte nach einer Erklärung für die von Raumsonden beobachteten Eiseruptionen und fand dabei heraus, dass Methanolkristalle, die in der „Eislava“ des äußeren Sonnensystems vorkommen, ungewöhnliche Ausdehnungseigenschaften aufweisen. Um einen Einblick in die Rolle, die diese Verbindung im Vulkanismus spielt, zu erhalten, untersuchte Fortes das Verhalten von Methanol-Monohydrat, einem bekannten Bestandteil des Eises des äußeren Sonnensystems. Die Bedingungen glichen denen im Inneren der Monde. Fortes maß die strukturellen Veränderungen der Methanolkristalle über eine Bandbreite von verschiedenen Temperaturen und Drücken. Dabei stellte er fest, dass sie sich, wenn sie bei Raumdruck erwärmt wurden, in eine Richtung stark ausweiteten, während sie in den beiden anderen Dimensionen schrumpften. Wenn sie jedoch bei gleichmäßigem Druck erwärmt wurden, erweiterten sie sich in zwei Richtungen, während sie sich in der dritten zusammenzogen. Diese unerwartete Erweiterung (Verlängerung und Ausdünnung) unter einheitlichem Druck ist ein Phänomen, das als negative lineare Kompressibilität (NLC) bekannt ist.

Während diese Erkenntnis den nächsten Schritt für das Verständnis der vulkanischen Aktivität des äußeren Sonnensystem bildet, ist Fortes’ Entdeckung auch für Materialwissenschaftler, die sich mit Nanotechnologie beschäftigen, wichtig. Da sich NLC-Materialien unter Druck in eine bestimmte Richtung ausdehnen, eignen sie sich hervorragend für Nanoschalter. Aufgrund ihrer Form verändernden Eigenschaften können sie wie ein mikroskopisches Druckregelventil verwendet werden, das den Elektrizitätsfluss lenkt.

Sympra arbeitet für das Institut Laue-Langevin in Kooperation mit der englischen Partneragentur Proof Communication

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