BESSY II: Experimenteller Nachweis einer exotischen Quantenphase in Au2Pb
Die Abbildung zeigt die gemessene Energie-Impuls-Beziehung für Au2Pb. Das lineare Verhalten ist der Nachweis für ein Dirac-Semimetall. Zusätzlich wird ein Lifshitz-Übergang beobachtet: Bei Temperaturen 223 K und darunter verhalten sich die Elektronen wie positiv geladene Teilchen, bei Raumtemperatur dagegen wie negativ geladene. © HZB
Ein Team am HZB hat die elektronische Struktur von Au2Pb an BESSY II durch winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie über einen weiten Temperaturbereich untersucht: Die Ergebnisse zeigen die elektronische Struktur eines dreidimensionalen topologischen Dirac-Semimetalls und stehen im Einklang mit theoretischen Berechnungen.
Die experimentellen Daten zeigen die charakteristische Signatur eines Lifshitz-Übergangs. Die Studie erweitert die Palette der derzeit bekannten Materialien, die dreidimensionale Dirac-Phasen aufweisen. Außerdem zeigt der beobachtete Lifshitz-Übergang einen praktikablen Mechanismus auf, mit dem die Ladungsträgerart bei der Stromleitung umgeschaltet werden kann, ohne dass das Material mit Fremdatomen dotiert werden müsste. Zudem wird das Au2Pb als Kandidat für die Realisierung eines topologischen Supraleiters interessant.
Die Studie, die auch theoretische Rechnungen aus San Sebastian und Materialsynthese aus Princeton umfasst, wurde in der Zeitschrift Physical Review Letters als "Editor's Suggestion" ausgewählt.
- Batterieforschung mit dem HZB-RöntgenmikroskopUm die Kapazität von Lithiumbatterien weiter zu steigern, werden neue Kathodenmaterialien entwickelt. Mehrschichtige lithiumreiche Übergangsmetalloxide (LRTMO) ermöglichen eine besonders hohe Energiedichte. Mit jedem Ladezyklus wird jedoch ihre Kapazität geringer, was mit strukturellen und chemischen Veränderungen zusammenhängt. Mit Röntgenuntersuchungen an BESSY II hat nun ein Team aus chinesischen Forschungseinrichtungen diese Veränderungen erstmals experimentell mit höchster Präzision vermessen: Mit dem einzigartigen Röntgenmikroskop konnten sie morphologische und strukturelle Entwicklungen auf der Nanometerskala beobachten und dabei auch chemische Veränderungen aufklären.
- BESSY II: Neues Verfahren für bessere ThermokunststoffeUmweltfreundliche Thermoplaste aus nachwachsenden Rohstoffen lassen sich nach Gebrauch recyclen. Ihre Belastbarkeit lässt sich verbessern, indem man sie mit anderen Thermoplasten mischt. Um optimale Eigenschaften zu erzielen, kommt es jedoch auf die Grenzflächen in diesen Mischungen an. Ein Team der Technischen Universität Eindhoven in den Niederlanden hat nun an BESSY II untersucht, wie sich mit einem neuen Verfahren aus zwei Grundmaterialien thermoplastische „Blends“ mit hoher Grenzflächenfestigkeit herstellen lassen: Aufnahmen an der neuen Nanostation der IRIS-Beamline zeigten, dass sich dabei nanokristalline Schichten bilden, die die Leistungsfähigkeit des Materials erhöhen.
- Wasserstoff: Durchbruch bei Alkalischen Membran-ElektrolyseurenEinem Team aus Technischer Universität Berlin, Helmholtz-Zentrum Berlin, Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg (IMTEK) und Siemens Energy ist es gelungen, eine hocheffiziente alkalische Membran-Elektrolyse Zelle erstmals im Labormaßstab in Betrieb zu nehmen. Das Besondere: Der Anodenkatalysator besteht dabei aus preisgünstigen Nickelverbindungen und nicht aus begrenzt verfügbaren Edelmetallen. An BESSY II konnte das Team die katalytischen Prozesse durch operando Messungen im Detail darstellen, ein Theorie Team (USA, Singapur) lieferte eine konsistente molekulare Beschreibung. In Freiburg wurden mit einem neuen Beschichtungsverfahren Kleinzellen gebaut und im Betrieb getestet. Die Ergebnisse sind im renommierten Fachjournal Nature Catalysis publiziert.