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HZB Newsroom

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Suchergebnisse - Rubrik: Science Highlight

Durch einen Glühfaden wird die Probe während der Messung auf konstante Temperatur geheizt.
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Ultraschneller Magnetismus: Schnappschuss der Gitterschwingungen Ein HZB-Team hat an BESSY II eine Methode entwickelt, um einen dieser mikroskopischen Mechanismen quantitativ zu erfassen. Damit konnten sie nun das Element Gadolinium untersuchen.
Fünf verschiedene Arten von Defekten in MAPI-Perowskiten wurden untersucht und charakterisiert. Das Ergebnis: ein großer Teil der Defekte hält die Ladungsträger nicht lange fest.
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Perowskit-Solarzellen: Defekte fangen Ladungsträger ein - und geben sie wieder... Ein Team am HZB und der Charles Universität in Prag hat untersucht, wie in den so genannten MAPI-Perowskit-Halbleitern Ladungsträger mit unterschiedlichen Defekten wechselwirken. Die Ergebnisse helfen, Perowskit-Solarzellen zu verbessern.
Karte eines dünnen Bariumtitanat-Films aus Messdaten der Kontakt-Kelvin-Sonden-Kraftmikroskopie (cKPFM). Diese Daten wurden durch maschinelles Lernen geclustert, um detaillierte Informationen über ferroelektrische Domänen zu gewinnen.
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Scharfer Blick in winzige ferroelektrische Kristalle Was geschieht mit ferroelektrischen Werkstoffen, wenn ihre Dimensionen stark verkleinert werden? Ein Forscherteam am HZB konnte nun zeigen, wie sich diese Frage detailliert beantworten lässt.
Aus den Interferenzmustern bei unterschiedlichen Brennweiten und Photonenintensitäten lassen sich Aussagen über die Qualität des Strahls gewinnen.
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Strahldiagnostik für zukünftige Beschleuniger im Tischformat Kompakte Teilchenbeschleuniger wären für künftige Lichtquellen interessant. Ein Team von HZB und PTB hat nun einen Fortschritt erreicht.
Metallschäume auf Basis von Aluminumlegierungen werden als Leichtbaumaterialien untersucht, zum Beispiel für den Bau von Elektroautos. Auf Morphologie, Größe und Vernetzung der Bläschen kommt es an, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit und Steifigkeit in großen Bauteilen zu erreichen.
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Neuer Weltrekord in der Materialforschung – Röntgenmikroskopie mit 1000... Mit 1000 Tomogrammen pro Sekunde ist es nun möglich, sehr schnelle Prozesse und Entwicklungen in Materialien auf der Mikrometerskala zerstörungsfrei zu dokumentieren, etwa das Abbrennen einer Wunderkerze oder das Aufschäumen einer Metall-Legierung
Die Illustration zeigt, wie die APECS-Messung an einem Nickel-Einkristall mit oxidierter Oberfläche funktioniert. Ein Röntgenstrahl ionisiert Atome, entweder im Nickel-Kristall oder an der Oberfläche. Die angeregten Photoelektronen von der Oberfläche und aus dem Kristall haben leicht unterschiedliche Bindungsenergien. Die Auger-Elektronen ermöglichen es, die Herkunft der Photoelektronen zu bestimmen.
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Oberflächenanalytik an BESSY II: Schärfere Einblicke in Dünnschicht-Systeme Ein HZB-Team hat an BESSY II zwei verschiedene spektroskopische Methoden kombiniert und an einem Modellsystem demonstriert, wie gut die Unterscheidung angrenzender Dünnschichten damit gelingt.
Der Dirac-Kegel ist typisch für Topologische Isolatoren und auf allen 6 Bildern praktisch unverändert (ARPES-Messungen an BESSY II). Der blaue Pfeil zeigt zusätzlich die Valenzelektronen im Volumen. Das Synchrotronlicht tastet beide ab und kann so den Dirac Kegel an der Oberfläche (elektrisch leitend) vom dreidimensionalen Volumen (isolierend) unterscheiden.
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Unordnung bringt quantenphysikalische Talente zum Vorschein Das Material erweist sich als Topologischer Isolator und ist ferromagnetisch bis zu vergleichsweise hohen Temperaturen von 50 Kelvin, zeigen Messungen an BESSY II. Damit kommt diese Materialklasse für Quantenbits in Frage...
Während des Betriebes herkömmlicher Batteriespeicher wachsen die baumartigen Lithium-Dendriten kontinuierlich und können die elektrisch isolierende Separatorschicht zwischen Anode und Kathode durchstoßen. Die Folge: Ein Kurzschluss und das Lebensende für die Batterie.
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Lithium-Dendriten auf der Spur: Wie zerstörerische Strukturen in Batterien... Forschergruppe hat einen Blick ins Innere von Lithium-Batterien geworfen und Strukturen genauer untersucht, die die Lebensdauer von Batterien stark einschränken. Ihre Ergebnisse liefern Ansatzpunkte für langlebigere und sicherere Lithium-Batterien.
Die SAM-Schicht zwischen dem Perowskit-Halbleiter und dem ITO-Kontakt besteht aus einer einzigen Lage aus organischen Molekülen. Messungen von Oberflächenphotospannung und Photolumineszenz zeigen, über welche Mechanismen die SAM-Schicht Verluste reduziert.
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Perowskit-Solarzellen: Was geschieht an SAM-Passivierungsschichten? Metall-organische Perowskit-Materialien versprechen kostengünstige und leistungsstarke Solarzellen. Einer Gruppe am HZB ist es nun gelungen, verschiedene Effekte genauer zu unterscheiden, die an einer SAM-Passivierungsschicht auftreten ...
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Grüner Wasserstoff: Warum werden bestimmte Katalysatoren im Betrieb besser? Ein Team um Marcel Risch hat an BESSY II aufgeklärt, dass zwei gegenläufige Entwicklungen dafür verantwortlich sind.
Die Entwicklung dieses Fleckmusters mit der Zeit zeigt mikroskopische Fluktuationen in der Probe.
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Wenn beim Abkühlen die Vibrationen zunehmen: Anti-Frieren beobachtet Ein internationales Team hat in einem Nickel-Oxid-Material beim Abkühlen einen erstaunlichen Effekt beobachtet: Statt einzufrieren, nehmen bestimmte Fluktuationen mit sinkender Temperatur sogar zu.
Nach etwa 5 Sekunden hat sich ein dünner Film aus metallischem Wasser um den NaK-Tropfen gebildet, erkennbar am goldenen Schimmer.
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Wasser als Metall an BESSY II nachgewiesen Nature-Veröffentlichung: Ein internationales Team hat metallisches Wasser erzeugt und den Phasenübergang an BESSY II dokumentiert.
Die Beigabe von Fluor-Additiven steigert die Qualität der Perowskit-Schicht. Analysen an BESSY II zeigen nun, warum.
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Bleifreie Perowskit-Solarzellen – Wie Fluor-Additive die Qualität verbessern Durch eine raffinierte Kombination von Messmethoden an BESSY II mit Kernspinresonanz konnten sie zeigen, dass Fluorid die Oxidation von Zinn verhindert, was zu einer homogeneren Filmbildung mit weniger Defekten führt.
Schnappschüsse der elektronischen Struktur von Antimon mit Zeitauflösung im Femtosekundenbereich. Besonders zu beachten ist die Region oberhalb der Fermi-Energie EF.
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Informationstechnologien: Topologische Materialien für die ultraschnelle... Zeit- und Spin-aufgelöste Messungen an BESSY II zeigten, wie sich nach der optischen Anregung das dynamische Verhalten von Elektronen aus dem Volumen und der Oberfläche gegenseitig in einem komplexen Wechselspiel beeinflusst.
In Polarregionen und extremen Höhenlagen könnte sich die Umwandlung von Sonnenstrahlung in Wasserstoff durchaus lohnen.
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Solarer Wasserstoff für die Antarktis – Studie zeigt Vorteile des thermisch... Wie sich am Südpol mit Sonnenlicht Wasserstoff erzeugen lässt und welche Methode dafür am meisten verspricht, hat nun ein Team vom HZB-Institut für Solare Brennstoffe, der Universität Ulm und der Universität Heidelberg untersucht.
Um das katalytische Zentrum befindet sich eine Molekülgruppe, die Gating-Domäne, welche zwei unterschiedliche Positionen einnehmen kann.
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BESSY II: Universellen Regulationsmechanismus in Pflanzenzellen entdeckt Die Studie in Nature Catalysis gilt als Durchbruch auf dem Gebiet der molekularen Pflanzenbiologie und hat weitreichende biotechnologische Implikationen.
Mit Kleinwinkelstreuung gelang es nun frühe Vorstufen der Strukturbildung in Vorläuferlösungen von Perowskitsolarzellen nachzuweisen.
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Perowskit-Solarzellen: Einsichten in die Frühstadien der Strukturbildung Mit der Methode der Kleinwinkelstreuung an der PTB-Röntgen-Beamline von BESSY II konnte ein HZB-Team experimentell die kolloidale Chemie von Perowskit-Vorläuferlösungen für Solarzellen untersuchen.
Die Illustration zeigt zwei Quantenpunkte, die über Lichtpulse miteinander kommunizieren.
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Wie Quantenpunkte miteinander „sprechen“ können Dabei zeigt das Team um Annika Bande auch Wege auf, um den Informations- bzw. Energieübertrag von einem Quantenpunkt zum anderen zu kontrollieren und zu speichern.
Blick in einen MOF-Kristall am Beispiel von DUT-8. Die riesigen Poren sind klar erkennbar.
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BESSY II: Neue Einblicke in schaltbare MOF-Strukturen an den MX-Beamlines Metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs) finden breite Anwendung in Gasspeicherung, Stofftrennung, Sensorik oder Katalyse. Eine spezielle Klasse dieser MOFs hat nun ein Team um Prof. Dr. Stefan Kaskel, TU Dresden, an BESSY II untersucht.
Der Ausschnitt zeigt ausgewählte Orbitale in MAPI-Perowskit im Grundzustand.
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Perowskit-Solarzellen: Rolle der Wasserstoffbrückenbindungen beleuchtet Durch Röntgenmessungen an Methylammonium-Perowskit-Halbleitern hat ein HZB-Team nun gezeigt, welche Rolle Wasserstoffbrückenbindungen in diesen Materialien spielen.
Aus den Messdaten konnte das Team ermitteln, dass die Xenon-Atome zunächst einlagig die Innenwände der Poren auskleiden (Zustand 1), bevor sie sie auffüllen (Zustand 2). Der Röntgenstrahl dringt hier von unten durch die Probe.
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BESSY II: Ein- und Auswanderung von Gastatomen in nanoporöser Speicherstruktur... Batterieelektroden, Gas-Speicher und manche Katalysatormaterialien besitzen winzige Poren, die Raum für Atome bieten. Nun hat erstmals ein Team direkt ermittelt, wie genau Gast-Atome in poröse Strukturen einwandern.
Das HZB-Team konnte mit zeitaufgelösten Mikrowellenmessungen die Photoleitfähigkeit in den dünnen Rostschichten bestimmen, hier ein Bild des Messaufbaus.
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Grüner Wasserstoff: Israelisch-deutsches Team löst das Rätsel um Rost Metalloxide wie Rost eignen sich als Photoelektroden, um „grünen“ Wasserstoff mit Sonnenlicht zu erzeugen. Doch trotz jahrzehntelanger Forschung an diesen preisgünstigen Materialien sind die Fortschritte begrenzt. Warum?
Elektronendichtekarte des antiviral aktivsten Wirkstoffs Calpeptin (gelb), der an die Hauptprotease bindet.
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Kandidaten für Coronamedikamente an Röntgenlichtquelle von DESY identifiziert Das MX-Team aus dem HZB hat dabei einen Teil der Messdaten mit speziellen Analyseprogrammen untersucht, um passende Wirkstoffe zu identifizieren.
So könnte der Panzerfisch ausgesehen haben, der vor 380 Millionen Jahren lebte.
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Tomographie bringt Einblicke in die frühe Evolution der Knochen Ein Team von Paläontologen hat nun erstmals in rund 400 Millionen Jahre alten Fossilien von Meereslebewesen Knochenzellen nachgewiesen. Und zwar mit bildgebenden Methoden aus der Batterieforschung am HZB.
Das Video zeigt die Veränderungen der Kristallstruktur zeigt. Grau: Pb, Braun: Br, Schwarz: C, Blau: N; Weiß: H
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Neue Einblicke in die Struktur von organisch-anorganischen Hybrid-Perowskiten Nun hat ein Team am HZB mit einer vierdimensionalen Modellierung Strukturdaten von Methylammonium-Bleibromid interpretiert und dabei inkommensurable Überstrukturen und Modulationen der vorherrschenden Struktur identifiziert.
Mit einer leitfähigen AFM Spitze wird die Probenoberfläche einer a-Si:H/c-Si Grenzfläche unter Ultrahochvakuum auf der nm-Skala abgetastet und so die Tranportkanäle der Ladungsträger über Defekte im a-Si:H (rote Zustände im vergrößerten Ausschnitt) sichtbar gemacht.
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Solarzellen: Verluste auf der Nanoskala sichtbar gemacht Nun hat erstmals ein Team am HZB und der University of Utah, USA, experimentell gezeigt, wie solche Kontaktschichten auf der Nanometerskala Verlustströme generieren und was deren physikalischer Ursprung ist.
Mit einem neuen Instrument an BESSY II lassen sich Molybdän-Sulfid-Dünnschichten untersuchen, die als Katalysatoren für die solare Wasserstoffproduktion interessant sind. Ein Lichtpuls löst einen Phasenübergang von der halbleitenden in die metallische Phase aus und verstärkt so die katalytische Aktivität.
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Instrument an BESSY II zeigt, wie Licht MoS2-Dünnschichten katalytisch aktiviert Dünnschichten aus Molybdän und Schwefel gehören zu einer Klasse von Materialien, die als (Photo)-Katalysatoren infrage kommen. Solche günstigen Katalysatoren werden gebraucht, um mit Sonnenenergie auch den Brennstoff Wasserstoff zu erzeugen.
Die Elektronenmikroskopie zeigt die Graphenprobe (grau), in der der Heliumstrahl ein Lochmuster erzeugt hat, so dass die Dichte periodisch variiert. Dadurch kommt es zur Überlagerung von Schwingungsmoden und es öffnet sich eine mechanische Bandlücke. Die Frequenz dieses phononischen Systems lässt sich durch mechanische Spannung zwischen 50 MHz und 217 MHz einstellen.
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Neue Talente von Graphen: Durchstimmbare Gitterschwingungen Ein Team der Freien Universität Berlin und des Helmholtz-Zentrums Berlin hat Graphen mit einem Helium-Ionen-Mikroskop mit einem Lochmuster versehen und dadurch einen phononischen Kristall mit durchstimmbarer Resonanzfrequenz erzeugt.
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Beschleunigerphysik: Experiment zeigt neue Optionen für... Mit dieser Methode wären spezialisierte Synchrotronstrahlungs-Quellen potenziell in der Lage eine Lücke im Arsenal verfügbarer Lichtquellen zu füllen und die Vorausetzung für industrielle Anwendungen zu bieten.
Die "Tinte" aus Perowskit-Vorstufe, Lösungsmittel und Zusatzstoff kommt aus einer schlitzförmigen Düse und beschichtet das darunter entlangfahrende Glassubstrat.
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Wie das Salz in der Suppe: Die perfekte Mischung für effiziente... Solarzellen, die das Sonnenlicht so effizient wie Silizium in elektrische Energie umwandeln, sich dabei aber einfach und aus kostengünstigen Materialien herstellen lassen – für Materialforscher ist das ein langgehegter Traum. Dem sind Wissenschaftler ...
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Weltweit erste Videoaufnahme eines Raum-Zeit-Kristalls gelungen Mithilfe des Rasterröntgenmikroskops MAXYMUS an Bessy II am Helmholtz Zentrum Berlin konnten sie die periodische Magnetisierungsstruktur in einem Kristall sogar filmen.
Die elektronische Struktur komplexer Moleküle kann aus RIXS-Daten an BESSY II errechnet werden.
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Blackbox-Verfahren für superschnelle Ergebnisse Die Auswertung von RIXS-Daten erfordert bisher sehr lange Rechenzeiten. Ein Team an BESSY II hat nun ein neues Simulationsverfahren entwickelt, das diese Auswertung stark beschleunigt.
TEM-Aufnahme einer α-SnWO4 Dünnschicht (pink), die mit 20 nm NiOx (grün) beschichtet wurde. An der Grenzfläche bildet sich eine weitere extrem dünne Schicht.
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Solarer Wasserstoff: Photoanoden aus α-SnWO4 versprechen hohe Wirkungsgrade Nun hat ein Team am HZB bei BESSY II untersucht, was an der Grenzfläche zwischen der Photoanode und der Schutzschicht passiert.
Die Verteilung der Phononen ist zunächst komplex (obere Kurven) und vereinfacht sich mit der Zeit zu einer Gausschen Glockenkurve (untere Kurve).
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Wie sich komplexe Schwingungen in einem Quantensystem mit der Zeit vereinfachen Das Experiment fand an der Technischen Universität Wien statt, während die theoretischen Überlegungen von einer gemeinsamen Forschergruppe der Freien Universität Berlin und des HZB durchgeführt wurden.
Die Illustration zeigt schematisch den Aufbau der Tandemsolarzelle.
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Perowskit/Silizium Tandemsolarzellen an der Schwelle zu 30 % Wirkungsgrad Die Tandemzelle zeigt selbst ohne Verkapselung über 300 Stunden eine stabile Leistung. Die Gruppe um Steve Albrecht hat dafür physikalische Prozesse an den Grenzflächen untersucht und gezielt den Ladungsträgertransport verbessert.
Schematische Darstellung: Aus der Tinte bildet sich über Zwischenphasen eine polykristalline Perowskit-Dünnschicht.
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Perowskit-Solarzellen: Auf dem Weg zum gezieltem Design von Tinten für die... Für die Herstellung von Perowskit-Filmen für große PV-Module werden oft „Tinten“ verwendet, die aus mehreren Komponenten bestehen. Ein HZB-Team hat nun an BESSY II analysiert, wie die Kristallisationsprozesse in solchen Mischungen ablaufen.
Das während des Ladevorgangs aufgenommene Tomogramm zeigt die ortsaufgelösten Veränderungen der Graphit-Elektrodendicke einer wiederaufladbaren Aluminium-Ionen-Batterie im entladenen und geladenen Zustand.
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Nutzerforschung an BESSY II: Graphitelektroden für wiederaufladbare Batterien... Ein Team von der Technischen Universität Berlin hat an der EDDI Beamline von BESSY II untersucht, wie sich während des Zyklierens (operando) die Morphologie der Graphit-Elektroden reversibel verändert.
Mit der Zeit verändert sich der lokale pH-Wert (hier in einem Elektrolyten mit 0.5 M K2SO4).
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Grüner Wasserstoff: Auftrieb im Elektrolyten sorgt für Konvektionsströmung Wasserstoff lässt sich klimaneutral mit Sonnenlicht produzieren. Aber auf dem Weg vom Labormaßstab zu einer großtechnischen Umsetzung gibt es noch Hürden. Nun hat ein Team am HZB Strömungsprozesse im Elektrolyten sichtbar gemacht...
Neun Proben mit unterschiedlicher Zusammensetzung: von reinem CsPbBr2I (Tinte 1, links) bis zu reinem CsPbI3 (Tinte 2 rechts).
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Solarenergie: Cäsium-basierte anorganische Halogenid-Perowskite kartiert Die Studie bietet eine schnelle und einfache Methode zur Bewertung neuer Zusammensetzungen von Perowskitmaterialien, um Kandidaten für Anwendungen in Dünnschichtsolarzellen und optoelektronischen Bauelementen zu identifizieren.
Die Fermioberfläche eines GeTe-Kristalls (111) konnte an BESSY II experimentell ermittelt werden.
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Informationstechnologie: Besonderheiten von Germaniumtellurid auf der Nanoskala... Germanium-Tellurid (GeTe) ist ein interessantes Material für die Spintronik. Nun hat ein russisch-deutsches Team an BESSY II gezeigt, wie sich die Spintextur in GeTe-Einkristallen durch ferroelektrische Polarisation in Nanodomänen umschalten lässt.
Auf Basis der Messdaten errechnetes Strukturmodell von hochporösem a-Si:H, das sehr rasch abgeschieden wurde. Dicht geordnete Domänen (DOD) sind blau und Hohlräume rot gezeichnet. Die graue Schicht stellt die ungeordnete a-Si:H-Matrix dar. Die runden Ausschnitte zeigen die Nanostrukturen vergrößert bis zur atomaren Auflösung (unten, Si-Atome: grau, Si-Atome an den Oberflächen der Leerräume: rot; H: weiß)
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Ordnung in der Unordnung: Dichtefluktuationen in amorphem Silizium entdeckt a-Si:H-Dünnschichten werden in Solarzellen, TFT-Displays und Detektoren eingesetzt. Eine neue Studie zeigt, dass sich drei Phasen innerhalb der amorphen Matrix bilden, die Qualität und Lebensdauer der Halbleiterschicht dramatisch beeinflussen.
Ultrakalte Atome in einem optischen Gitter zählen zu den betrachteten Quantensystemen.
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Theoretische Physik: Modellierung zeigt, welche Quantensysteme sich für... Ein Team hat einen Weg aufgezeigt, um die quantenphysikalischen Eigenschaften komplexer Festkörpersysteme zu simulieren. Und zwar mithilfe von komplexen Festkörpersystemen, die experimentell untersucht werden können.