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Selbstveränderliche Materialien eröffnen neue Wege zu hochentwickelten optischen Technologien

Deutsch-amerikanischem Physikerteam gelingt es, den Phasenübergang von Vanadiumdioxid so zu regulieren, dass die Übergangstemperaturen präzise eingestellt werden können.

Durch selektive Ionenbeststrahlung wird die Übergangstemperatur von Vanadiumoxid in den Regionen gezielt verändert, die dem Ionenstrahl ausgesetzt sind.

Der Physiker Jura Rensberg von der Universität Jena, hier an einem Teilchenbeschleuniger, gehört zu dem internationalen Forschungsteam, das den Phasenübergang von Vanadiumdioxid weiterentwickelt hat.

(Madison/Jena) Im einen Moment siehst du etwas, doch im nächsten ist es plötzlich verschwunden: In Büchern und Filmen gelingt es Zauberern mühelos, einen undurchsichtigen Körper in einen transparenten zu verwandeln. Doch auch in der Realität gibt es Materialien, die dieses Kunststück vollbringen können: Man nennt diese Eigenschaft Phasenübergang. Das bedeutet, dass das Material abhängig von seiner Temperatur oder einem äußeren elektrischen Feld von einem transparenten in einen trüben Zustand wechseln kann. Jüngst ist es einem internationalen Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern verschiedener Forschungseinrichtungen – unter Beteiligung der Friedrich-Schiller-Universität Jena – gelungen, den Phasenübergang von Vanadiumdioxid so zu regulieren, dass sie die Übergangstemperaturen präzise selbst einstellen können. Die Forschungsarbeit, die heute in der Fachzeitschrift „Nano Letters“ veröffentlicht wurde, könnte zu neuen Arten von veränderbaren Materialien für die Optik und die Wärmeregulierung führen.

„Im Grunde wäre jedes optische Element besser, wenn es veränderlich wäre“, erklärt Mikhail Kats, Assistenzprofessor für Elektrotechnik und Technische Informatik an der University of Wisconsin-Madison (USA) und Seniorautor des Artikels. 
Anstatt sich auf mechanische Komponenten zu verlassen, um ein Objekt zu fokussieren, wie die Linse einer Kamera oder eines Teleskopokulars, würde ein veränderliches Material seine wesentlichen optischen Eigenschaften auf Abruf verändern und anpassen. Die Wissenschaft weiß seit über 50 Jahren, dass Materialien wie Vanadiumdioxid zwischen transparentem und trübem Zustand wechseln können. Normalerweise wechseln diese Materialien ihren Zustand jedoch nur unter ganz bestimmten Bedingungen, was den praktischen Einsatz erheblich einschränkt. „Bei den meisten dieser Materialien erfolgt die Umwandlung unter Bedingungen, die weit von der normalen Raumtemperatur entfernt sind. Somit ist es schwierig, sie in nützliche Geräte einzubauen“, erklärt Kats. 

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