Direkt zum Inhalt

Röntgenlaser FLASH: Fliegende Nanopartikel erstmals in 3-D

Durch Laserstrahlung werden kleinste, frei fliegende Partikel dreidimensional sichtbar gemacht. Einblicke in die wohlgeordnete Welt der Nanoteilchen.
Polyeder Laden...

Zum ersten Mal haben Wissenschaftler freie Nanosilberpartikel in 3-D "fotografiert". Das deutsch-amerikanische Forscherteam um Ingo Barke hat hierfür gemessen, wie an den winzig kleinen Partikeln Licht gestreut wird. Die Messung fand am Röntgenlaser FLASH des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (DESY) in Hamburg statt.

Die Anlage sendet besonders intensive Röntgenlicht-Laserpulse von nur wenigen Femtosekunden Dauer aus. Dadurch ist es möglich, auch schnelle Prozesse zu vermessen – wie zum Beispiel eben den Vorbeiflug eines Nanoteilchens. An der Art und Weise, wie ein Partikel das Laserlicht streut, können die Forscher auf dessen dreidimensionale Struktur zurückrechnen.

Zwar lassen sich Nanoteilchen auch mit anderen Messmethoden sichtbar machen. In der Regel funktionieren diese aber nur, wenn die Partikel an Substrate gebunden sind – Bindungen, die auch die Struktur verändern können. Im Gegensatz dazu liegen die Teilchen am FLASH frei und ungebunden vor.

Bereits die jetzt zu Testzwecken produzierten und vermessenen Teilchen erwiesen sich als überraschend vielgestaltig. Die Wissenschaftler stießen auf hochsymmetrische Formen, deren genaue Gestalt abhängig von der Größe des jeweiligen Partikels war. Einige der nun nachgewiesenen Strukturen galten zuvor als energetisch zu instabil, als dass sie ab einer definierten Größe vorkommen sollten – oder waren in vorhergehenden Messungen nicht sichtbar, da sie ausschließlich in ungebundenem Zustand existieren.

Aus 2-D mach 3-DLaden...
Aus 2-D mach 3-D | Aus den Streubildern (jeweils links dargestellt) berechneten die Wissenschaftler die dreidimensionalen Formen der Nanoteilchen (jeweils rechts dargestellt). Daraus ergeben sich Strukturen wie der Zwilling-Tetraederstumpf (1), der Dekaeder (2), der Ikosaeder (3) und der Oktaederstumpf (4).

Die Messmethode wurde zunächst nur an Silberpartikeln getestet. Nach Meinung der Forscher eröffnet das Verfahren eventuell eine Reihe neuer Möglichkeiten: So könnten Wissenschaftler womöglich "filmen", wie Teilchen wachsen, in andere Phasen übergehen oder auf bestimmte Einflüsse reagieren. Denn mit der Form hängt immer auch zusammen, welche Eigenschaften die Teilchen besitzen – und damit ihre Bedeutung in unserem Alltag: Maßgeschneiderte Nanopartikel geben uns zum Beispiel UV-Schutz in Sonnencremes, dienen als Farbstoffe in Lebensmitteln, werden in Arzneimitteln eingesetzt – oder reizen als Feinstaub unsere Atemwege.

6. KW 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 6. KW 2015

Lesermeinung

Beitrag schreiben

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Leserzuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Leserzuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmer sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Lesermeinungen können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

Partnervideos