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Forschungszentrum Jülich

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Highlights aus der Forschung - Archiv
 
NaCl
Forscher finden bei Hochdruck-Experimenten "verbotene" Verbindungen von gewöhnlichem Kochsalz

Artem Oganov und Alexander Goncharov

Bei Hochdruck-Experimenten mit gewöhnlichem Kochsalz haben Forscher neue chemische Verbindungen hergestellt, die es Chemie-Lehrbüchern zufolge gar nicht geben dürfte. Die Studie an DESYs Röntgenquelle PETRA III und anderen Forschungszentren könnte ein neues, universelleres Verständnis der Chemie sowie neuartige Anwendungen ermöglichen. [weiter]
Dubrovinskaia
Neuer Supraleiter am Computer entworfen

ESRF

Wissenschaftler haben zum ersten Mal ein neues supraleitendes Material hergestellt, das die mit Computersimulationen entworfen haben. Untersuchungen mit Röntgenstreuung belegen, dass seine atomare Struktur den theoretischen Vorhersagen entspricht. Das bisher unbekannte Material, Eisenteraborid FeB4, kommt in der Natur nicht vor. Zusätzlich zu den vorhergesagten Eigenschaften ist es fast so hart wie Diamant. [weiter]
gebogene Zucker
Grundlegende Wirkprinzipien biochemischer Reaktionen entschlüsselt

HZB / Universität Göttingen

Enzyme sind die molekularen Katalysatoren des Lebens mit vitalen Funktionen im Stoffwechsel jeder Zelle. Bisher wurde spekuliert, dass Enzyme bei der Durchführung biochemischer Reaktionen ihre Ausgangsstoffe regelrecht verbiegen und dadurch spalten können. Wissenschaftlern am Göttinger Zentrum für Molekulare Biowissenschaften (GZMB) ist es nun erstmals gelungen, diese Hypothese zweifelsfrei zu bestätigen. Dazu nutzten sie die MX-Beamline an BESSY II. Die Ergebnisse der Studie sind in der renommierten Fachzeitschrift Nature Chemistry erschienen. [weiter]
Laseranregung
Erstes laserartiges Röntgenlicht aus einem Festkörper

DESY / HZB

Forscher haben bei DESY erstmals einen Röntgenlaser auf Basis eines Festkörpers realisiert. Die Methode eröffnet neue Untersuchungsmöglichkeiten für die Materialforschung, wie die Wissenschaftler um Prof. Alexander Föhlisch vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) im britischen Fachjournal "Nature" berichten. "Mit dieser Technik wird die Analyse empfindlicher Proben möglich, die von intensivem Röntgenlicht sonst schnell zerstört werden", erläutert Ko-Autor Prof. Wilfried Wurth von der Universität Hamburg und dem Hamburger Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), einer Kooperation von DESY, der Max-Planck-Gesellschaft und der Universität Hamburg. [weiter]
Levitiertes Metall
Forscher machen Struktur einer unterkühlten Flüssigkeit sichtbar

DLR / IFW / DESY

Werden flüssige Metallgemische langsam abgekühlt, so entsteht vor ihrem Übergang in die feste Phase eine Flüssigkeit mit gleicher Konzentration, aber stärker geordneter Struktur. Diese Struktur haben Materialwissenschaftler der Universität des Saarlandes in einem gemeinsamen Projekt mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und dem Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) bei DESY nun erstmals nachgewiesen. Die Ergebnisse helfen, besser zu verstehen, wie sich Materie organisiert, wenn sie abgekühlt wird, sagt Shuai Wei. Mithilfe der besonderen Eigenschaften von metallischen Gläsern könnten dann noch bessere Werkstoffe hergestellt werden. Derzeit macht der Nachwuchswissenschaftler bereits weitere Experimente an der brillantesten Speicherring-Röntgenquelle der Welt, PETRA III bei DESY. [weiter]
Froschembryo
Röntgentomographie am lebenden Embryo

Ralf Hofmann, ANKA

Erstmals wurde die Bewegung einzelner Zellen während der Entwicklung lebender Froschembryonen aufgelöst / Röntgenbildgebung nutzt Phaseninformation statt Absorption für Strukturuntersuchung / Neue Methoden für die Entwicklungsbiologie [weiter]
Katalysator
Röntgenlaser ermöglicht Forschern Live-Aufnahmen chemischer Reaktionen

Martina Dell´Angela, Wilfried Wurth

Ein internationales Team um Hamburger Forscher hat mit dem weltstärksten Röntgenlaser einen Katalysator auf Molekülebene in Aktion beobachtet. Die Untersuchung zeigt überraschende Details einer chemischen Reaktion und eröffnet die Möglichkeit, diese ultraschnellen Vorgänge live zu verfolgen. Erstmals wiesen die Wissenschaftler direkt einen Übergangszustand nach, in dem die Moleküle kurzzeitig über dem Katalysator schweben, bevor sie endgültig davonfliegen. Die Untersuchungsmethode bringt neue Einblicke in die Welt der Oberflächenchemie und kann zur Verbesserung einer Vielzahl von Katalysatoren beitragen. Die Gruppe um Martina Dell´Angela und Wilfried Wurth von der Advanced Study Group der Universität Hamburg im Center for Free-Electron Laser Science CFEL stellt ihre Arbeit im Fachjournal „Science“ vor. [weiter]
Tintenfisch
Wie werden Lebewesen in der Tiefsee mit dem enormen Wasserdruck fertig?

DESY

Wie werden Lebewesen in der Tiefsee mit dem enormen Wasserdruck fertig? Mit dieser Frage hat sich ein Forscherteam der Technischen Universität Dortmund an DESYs Röntgenquelle DORIS III beschäftigt. Demnach hängt die Wechselwirkung von Proteinen unter Druck eng mit der Stabilität individueller Proteine zusammen, wie die Untersuchung des Enzyms Lysozym im Röntgenlicht gezeigt hat. [weiter]
Terahertz-Feld
Vollständige zeitliche Charakterisierung individueller Röntgenblitze am FLASH

DESY

With their ultra short X-ray flashes, free-electron lasers offer the opportunity to film chemical reactions or atoms in motion. However, for this super slow motion the arrival time and the temporal profile of the pulses must be precisely known. An international team of scientists has now developed a measurement technique that provides complete temporal characterization of individual FEL (free-electron laser) pulses at DESY´s soft-X-ray free-electron laser FLASH. [weiter]
Bindungsenergie
Unerwartet hohe Ionistation beobachtet

Daniel Rolles et al.

Mit dem weltstärksten Röntgenlaser hat ein internationales Forscherteam unter Hamburger Leitung ein überraschendes Verhalten von Atomen entdeckt: Mit einem einzigen Röntgenblitz konnte die Gruppe um Daniel Rolles vom Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) die Rekordzahl von 36 Elektronen auf einmal aus einem Xenon-Atom herausschießen. Das sind deutlich mehr, als bei der Energie der verwendeten Röntgenstrahlung rechnerisch überhaupt möglich ist. Die Wissenschaftler stellen ihre unerwarteten Beobachtungen im Fachblatt "Nature Photonics" vor. Das CFEL ist eine Kooperation von DESY, der Max-Planck-Gesellschaft und der Universität Hamburg. [weiter]
Tidow-Hantel
Turbo-Schalter der Kalziumpumpe in biologischen Zellen entdeckt

Henning Tidow, Lisbeth R. Poulsen et al.

Die lebenswichtige Kalziumpumpe in unseren Körperzellen besitzt einen Turbo-Schalter. Das hat ein dänisch-britisches Forscherteam bei Untersuchungen an der Hamburger DESY-Röntgenlichtquelle DORIS und der Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle ESRF in Grenoble entdeckt. Der Ein-Aus-Schalter der Pumpe hat demnach noch eine zuvor unbekannte dritte Stellung, bei der die Pumpe in den Turbo-Gang schaltet. [weiter]
Siemensstern
Röntgen-Rastermikroskop an PETRA III erreicht mit 10 Nanometern weltbeste Auflösung

DESY

Ein neuartiges Röntgen-Rastermikroskop bei DESY bietet den weltweit schärfsten Röntgenblick. Dank der außergewöhnlichen Brillanz von DESYs Röntgenquelle PETRA III kann das Mikroskop noch bis zu zehn Nanometer kleine Details abbilden - das ist zehntausendmal dünner als ein menschliches Haar. Nur an wenigen Orten auf der Welt ist eine so feine optische Auflösung möglich. Im Prinzip ist die Auflösung des Mikroskops nur durch die Röntgenstrahldichte auf der Probe beschränkt. In Zukunft kann diese durch Optimierung der fokussierenden Röntgenoptik noch wesentlich gesteigert werden, so dass eine Auflösung mindestens bis hinunter zu einem Nanometer möglich wird. [weiter]
Aerosole
Struktur von fliegenden Aerosolen bestimmt

DESY

Mit dem stärksten Röntgenlaser der Welt haben Forscher erstmals einzelne Rußpartikel nanometergenau im Flug abgelichtet. Das internationale Team unter Beteiligung von DESY berichtet im britischen Fachblatt „Nature” über seine Untersuchung der Luftschadstoffe. „Zum ersten Mal können wir tatsächlich die Struktur individueller Aerosolpartikel in ihrem 'natürlichen Habitat' sehen, schwebend in der Luft”, betont DESY-Forscher Henry Chapman vom Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) in Hamburg. „Das ist für verschiedene Felder von Bedeutung, von der Klimamodellierung bis zur Medizin.” [weiter]
Lysozym
Erste hochauflösende Strukturanalyse von Biomolekülen zeigt Potenzial von Freie-Elektronen-Lasern

SLAC, CFEL

Ein internationales Forscherteam hat erstmals die innere Struktur eines Biomoleküls hochaufgelöst mit einem Röntgenlaser analysiert. Die Studie an der Linac Coherent Light Source (LCLS) des US-Beschleunigerzentrums SLAC demonstriere das enorme Potenzial sogenannter Freie-Elektronen-Laser (FEL) für die Strukturbiologie, schreiben die Wissenschaftler im US-Fachjournal Science. Neuartige Röntgenlaser wie die LCLS oder der in Hamburg im Bau befindliche europäische Röntgenlaser European XFEL bieten die Chance, bislang unzugänglichen Strukturen zu untersuchen. Denn die Röntgenblitze dieser Instrumente sind so hell, dass bereits winzigste Kristalle ausreichen, um gute Beugungsbilder aufzunehmen. [weiter]
Nat. Comm.
Neues Cyan fluoreszierendes Protein macht Zellbildgebung empfindlicher

ESRF – CNRS – CEA – University Joseph-Fourier Grenoble

Wissenschaftler haben ein Molekül entwickelt, das türkises Licht abstrahlt - so hell, wie es bisher in lebenden Zellen noch nie beobachtet wurde. Damit wird Zellbildgebung empfindlicher. Das ist eine Technik, mit der biologische Prozesse in einer lebenden Zelle mit hoher Auflösung sichtbar gemacht werden können. Mit Hilfe von Synchrotronstrahlung konnten die Teams aus Grenoble und Oxford an der ESRF die molekulare Struktur ihrer Cyan fluoreszierende Proteine (CFPs)bestimmen. "Wir konnten die Funktion von individuellen Atomen innerhalb der CFPs verstehen und genau den Teil des Moleküls identifizieren, der für eine Steigerung der Fluoreszenz modifiziert werden musste" sagt David von Stetten von der ESRF. [weiter]
Ptychographie
Eine neue Methode zur Untersuchung von Nanokristallen

ESRF

Ein internationales Forscherteam unter Leitung des Fresnel-Instituts (CNRS/University of Central Aix-Marseille/Ecole Marseille) und der ESRF hat eine neuartige Technik entwickelt, mit der Strukturen im Nanometerbereich in kristallinen Materialien sichtbar gemacht werden können. Diese Technik kombiniert zwei neuentwickelte Ansätze in der Nanokristallisation: linsenlose Mikroskopie und Raster-Röntgendiffraktionsmikroskopie. Das Bild des betrachteten nanostrukturierten Objekts ist quantitativ, dreidimentsional und hochaufgelöst. Die Technik könnte die Forschung an komplexen Kristallstrukturen revolutionieren, zum Beispiel in den Lebenswissenschaften und der Mikroelektronik. [weiter]
Struktur
Erste Röntgenlaser-Bilder von Proteinen und Viren


Es ist ein Forschertraum seit mehr als einem Jahrzehnt: biologische Strukturen mit Hilfe von extrem intensiven Röntgenblitzen hochauflösend abbilden zu können. Eine Arbeitsgruppe unter der Leitung von Prof. Henry Chapman vom Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) bei DESY in Hamburg hat jetzt am Freie-Elektronen-Laser LCLS (Linac Coherent Light Source) in Stanford (USA) an Proteinen und Viren nachgewiesen, dass dies mit den dort produzieren ultrakurzen Lichtblitzen möglich ist. [weiter]
equilibrium gel
Stabile Gele: Neues Material entdeckt

ESRF

Experimente eines internationalen Wissenschaftlerteams haben die Existenz von stabilen Gelen bestätigt, eine neue Art von weicher Materie, die bisher nur aus Berechnungen bekannt war. Die siebenjährige Studie wurde in Nature Materials veröffentlicht. Die Ergebnisse eröffnen interessante Perspektiven für die Entwicklung neuer Materialien wie Cremes oder Gels, die sowohl weich als auch über einen langen Zeitraum stabil sind. [weiter]
komplexe Ordnung
Dynamik komplexer magnetischer Ordnungsphänomene

Helmholtz Zentrum Berlin

Ein Team aus Wissenschaftlern am HZB hat kürzlich erstmals die ultraschnelle Dynamik von Zerfall und Erholung von antiferromagnetischer Ordnung auf Femtosekunden(fs)-Zeitskala durch direkte Messung eines magnetischen Beugungsreflexes nach resonanter Laseranregung aufgedeckt. Dazu wurde resonante magnetische Röntgenstreuung am Femtoslicing-Strahlrohr des HZB durchgeführt, wo energetisch durchstimmbare ultrakurze Röntgenpulse von nur 100 fs Dauer zur Verfügung stehen. Dieses erste Pilotexperiment mit einem magnetischen Beugungsreflex als Sonde hat den Weg zu Untersuchungen der Dynamik komplexer magnetischer Ordnungsphänomene in anderen Materialien geebnet und mehrere neue Strahlzeitanträge von externen Nutzern ausgelöst. [weiter]
Setup
Kollektive Lamb-Verschiebung beobachtet


Gruppendynamik bei Atomen: DESY-Forscher beobachten erstmals die kollektive Lamb-Verschiebung. Eine Gruppe gleicher Atome verhält sich bei Einstrahlung von Licht anders als ein Einzelatom. Gemeinsam leuchten die Atome in längerwelligem Licht als das ein einzelnes Atom tun würde. Dieser Effekt - kollektive Lamb-Verschiebung genannt - konnte jetzt erstmalig von einer Forschergruppe um Dr. Ralf Röhlsberger vom Forschungszentrum DESY nachgewiesen werden. Die Wissenschaftler von DESY, ESRF (Frankreich) und Universität Leuven (Belgien) wiesen damit einen Effekt nach, der vor mehr als 35 Jahren theoretisch vorhergesagt wurde. [weiter]
pentagonale Cluster
Fünffache Symmetrie führt zu Unterkühlung in Flüssigkeiten


Unterkühlung, ein Zustand, in dem Flüssigkeiten auch weit unter ihrem normalen Gefrierpunkt flüssig bleiben, ist schon lange bekannt, aber noch nicht vollständig erklärt. Modelle legen nahe, daß ein großer Teil der Atome in einer unterkühlten Flüssigkeit fünfach koordiniert sind, so daß eine Kristallisation verhindert wird. Nun wurde erstmals experimentell gezeigt, daß an der Grenzschicht einer speziell hergestellten Silizium (111)- Oberfläche zu einer flüssigen Gold-Silizium-Legierung tatsächlich fünfeckige Strukturen an der Oberfläche zur Unterkühlung der Flüssigkeit führen. [weiter]
PYR1-Struktur
Die Trockenheitsresistenz der Pflanzen ist erklärt
Eine Studie des EMBL entschlüsselt wie Pflanzen auf Wassermangel antworten

European Molecular Biology Laboratory (EMBL), Grenoble, France

Wissenschaftler am European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Grenoble, Frankreich, und am Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIS) in Valenzia, Spanien, haben entdeckt, dass der Schlüssel zur Antwort von Pflanzen auf Trockenheit in der Struktur des sogenannten Proteins PYR1, das mit dem Pflanzenhormon Abscisinsäure (ABA) wechselwirkt, liegt. Ihre Studie könnte neue Ansätze zur Erhöhung der Resistenz von Pflanzen gegen Wassermangel sein.
[Das nebenstehende Bild, das die Struktur des Proteins PYR1 zeigt, wurde, freundlicherweise, von Herrn Márquez (EMBL) zur Verfügung gestellt]. [weiter]
Bewegungsbilder, PSI
Röntgenmikroskopie mit Superauflösung

Paul-Scherrer-Institut (PSI)

Ein neuartiges Röntgenmikroskop mit Superauflösung, das von einem Forscherteam des Paul Scherrer Instituts (PSI) und der ETH Lausanne (EPFL) in der Schweiz entwickelt wurde, kombiniert die hohe Durchdringungsleistung von Röntgenstrahlen mit einer hohen bildlichen Auflösung und ermöglicht es somit erstmals, Licht auf die detaillierten inneren Strukturen von Halbleiterbauelementen oder Zellen zu werfen. [weiter]
Natriumkobaltoxid
Nanomuster bringen Strom unter Kontrolle

Hahn-Meitner-Institut

Regelmäßige Muster aus Natriumatomen mit Strukturen im Nanometerbereich machen Natriumkobaltoxid zu einem perfekten Material für Laptop-Batterien, effiziente Kühlmittel oder Supraleiter - das berichten Wissenschaftler des Berliner Hahn-Meitner-Instituts, des CEA-Forschungszentrums in Saclay bei Paris und der Universität Liverpool in der neuesten Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature. Dabei bestimmt die genaue Anordnung der Natriumatome die Eigenschaften des Materials. Gleichzeitig hängt das jeweilige Natriummuster sehr empfindlich von der Dichte an Natriumatomen ab, die man mit chemischen Methoden leicht verändern kann. So kann man aus einem anfangs metallischen Material einen Isolator und dann einen Supraleiter machen, indem man es in einer elektrochemischen Zelle unterbringt und die Spannung ändert. [weiter]
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