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Effizientes lichtemittierendes Siliziummaterial

11.04.2020

Wissenschaftler haben lange versucht, effiziente lichtemittierende Geräte auf der Basis von Silizium zu entwickeln. Ihr Einsatz könnte die Rechengeschwindigkeit auf Siliziumchips erheblich steigern und sie schneller denn je machen. Materialwissenschaftlern der Technischen Universität Eindhoven, der Technischen Universität München und der Friedrich-Schiller-Universität Jena ist dies nun endlich gelungen. Sie konnten ein Material auf Siliziumbasis synthetisieren, das je nach Zusammensetzung Licht über einen weiten Wellenlängenbereich emittieren kann.

Als Ausgangsreagenzien verwendeten die Forscher Silizium und Germanium. Sie kombinierten beide Elemente zu einem sechseckigen Gebilde und lernten, dessen Eigenschaften durch Variation der Zusammensetzung zu verändern. Es ist nicht einfach, diese beiden Elemente dazu zu bringen, ein hexagonales Gitter zu bilden. Die Forscher nahmen dafür reines hexagonales Silizium als Basis und stellten Nanodrähte aus einem anderen Material mit hexagonaler Kristallstruktur her. Aus diesem Muster wuchsen sie dann eine Silizium-Germanium-Hülle.

Die Bildung einer solchen Struktur gelang Wissenschaftlern bereits im Jahr 2015. Aber bisher konnten sie es nicht zum Leuchten bringen. In der neuen Arbeit gelang es den Autoren, die Qualität von hexagonalen Silizium-Germanium-Schalen zu verbessern, indem sie die Menge an Verunreinigungen und Defekten in ihren Kristallgittern reduzierten. Indem sie einen solchen Nanodraht mit einem Laser anregten, konnten die Forscher die Wirksamkeit des neuen Materials messen. Es stellte sich heraus, dass die Effizienz der Absorption und anschließenden Emission von Strahlung in dem neuen Material auf einem sehr hohen Niveau liegt. Jetzt planen Wissenschaftler, darauf basierend einen Laser zu bauen und zu versuchen, das neue Material in Chips einzusetzen.

Die Relevanz der neuen Arbeit ergibt sich aus der immer größer werdenden Menge an Daten, die die Menschheit speichern und verarbeiten muss. Die derzeitigen Technologien auf Basis elektronischer Chips erreichen ihre Grenzen. Der limitierende Faktor ist die Wärme, die durch den Widerstand der Materialien entsteht. Um dies zu vermeiden, muss eine Technologie entwickelt werden, die keine Wärme an die Umgebung abgibt. Ein vielversprechender Kandidat für diese Rolle könnte die Photonik sein, eine Art von Technologie, die Licht zur Übertragung von Informationen und Berechnungen verwendet.

Im Gegensatz zu Elektronen haben Photonen keinen Widerstand. Sie haben keine Masse oder Ladung, leiten sich also weniger in dem Material ab, das sie passieren, und erzeugen wenig bis gar keine Streuwärme. Wenn wir außerdem Elektronen durch Photonen in der Datenübertragungs- und Verarbeitungskette ersetzen, können wir die Geschwindigkeit solcher Rechenmechanismen um das 1000-fache erhöhen.

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Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:

Maschine zum Ausdünnen von Blumen im Garten 02.05.2024

In der modernen Landwirtschaft entwickelt sich der technologische Fortschritt mit dem Ziel, die Effizienz der Pflanzenpflegeprozesse zu steigern. In Italien wurde die innovative Blumenausdünnungsmaschine Florix vorgestellt, die die Erntephase optimieren soll. Dieses Gerät ist mit beweglichen Armen ausgestattet, wodurch es leicht an die Bedürfnisse des Gartens angepasst werden kann. Der Bediener kann die Geschwindigkeit der dünnen Drähte anpassen, indem er sie von der Traktorkabine aus mit einem Joystick steuert. Dieser Ansatz erhöht die Effizienz des Blütenausdünnungsprozesses erheblich und bietet die Möglichkeit einer individuellen Anpassung an die spezifischen Bedingungen des Gartens sowie die Vielfalt und Art der darin angebauten Früchte. Nachdem wir die Florix-Maschine zwei Jahre lang an verschiedenen Obstsorten getestet hatten, waren die Ergebnisse sehr ermutigend. Landwirte wie Filiberto Montanari, der seit mehreren Jahren eine Florix-Maschine verwendet, haben von einer erheblichen Reduzierung des Zeit- und Arbeitsaufwands für das Ausdünnen von Blumen berichtet. ... >>

Fortschrittliches Infrarot-Mikroskop 02.05.2024

Mikroskope spielen eine wichtige Rolle in der wissenschaftlichen Forschung und ermöglichen es Wissenschaftlern, in für das Auge unsichtbare Strukturen und Prozesse einzutauchen. Allerdings haben verschiedene Mikroskopiemethoden ihre Grenzen, darunter auch die begrenzte Auflösung bei der Nutzung des Infrarotbereichs. Doch die neuesten Errungenschaften japanischer Forscher der Universität Tokio eröffnen neue Perspektiven für die Erforschung der Mikrowelt. Wissenschaftler der Universität Tokio haben ein neues Mikroskop vorgestellt, das die Möglichkeiten der Infrarotmikroskopie revolutionieren wird. Dieses fortschrittliche Instrument ermöglicht es Ihnen, die inneren Strukturen lebender Bakterien mit erstaunlicher Klarheit im Nanometerbereich zu sehen. Typischerweise sind Mikroskope im mittleren Infrarotbereich durch eine geringe Auflösung eingeschränkt, aber die neueste Entwicklung japanischer Forscher überwindet diese Einschränkungen. Laut Wissenschaftlern ermöglicht das entwickelte Mikroskop die Erstellung von Bildern mit einer Auflösung von bis zu 120 Nanometern, was 30-mal höher ist als die Auflösung herkömmlicher Mikroskope. ... >>

Luftfalle für Insekten 01.05.2024

Die Landwirtschaft ist einer der Schlüsselsektoren der Wirtschaft und die Schädlingsbekämpfung ist ein integraler Bestandteil dieses Prozesses. Ein Team von Wissenschaftlern des Indian Council of Agricultural Research-Central Potato Research Institute (ICAR-CPRI), Shimla, hat eine innovative Lösung für dieses Problem gefunden – eine windbetriebene Insektenluftfalle. Dieses Gerät behebt die Mängel herkömmlicher Schädlingsbekämpfungsmethoden, indem es Echtzeitdaten zur Insektenpopulation liefert. Die Falle wird vollständig mit Windenergie betrieben und ist somit eine umweltfreundliche Lösung, die keinen Strom benötigt. Sein einzigartiges Design ermöglicht die Überwachung sowohl schädlicher als auch nützlicher Insekten und bietet so einen vollständigen Überblick über die Population in jedem landwirtschaftlichen Gebiet. „Durch die rechtzeitige Beurteilung der Zielschädlinge können wir die notwendigen Maßnahmen zur Bekämpfung von Schädlingen und Krankheiten ergreifen“, sagt Kapil ... >>

Die Bedrohung des Erdmagnetfeldes durch Weltraummüll 01.05.2024

Immer häufiger hören wir von einer Zunahme der Menge an Weltraummüll, der unseren Planeten umgibt. Zu diesem Problem tragen jedoch nicht nur aktive Satelliten und Raumfahrzeuge bei, sondern auch Trümmer alter Missionen. Die wachsende Zahl von Satelliten, die von Unternehmen wie SpaceX gestartet werden, schafft nicht nur Chancen für die Entwicklung des Internets, sondern auch ernsthafte Bedrohungen für die Weltraumsicherheit. Experten richten ihre Aufmerksamkeit nun auf die möglichen Auswirkungen auf das Erdmagnetfeld. Dr. Jonathan McDowell vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics betont, dass Unternehmen rasch Satellitenkonstellationen aufbauen und die Zahl der Satelliten im nächsten Jahrzehnt auf 100 ansteigen könnte. Die schnelle Entwicklung dieser kosmischen Satellitenarmadas kann zu einer Kontamination der Plasmaumgebung der Erde mit gefährlichen Trümmern und einer Gefahr für die Stabilität der Magnetosphäre führen. Metallabfälle von gebrauchten Raketen können die Ionosphäre und Magnetosphäre stören. Beide Systeme spielen eine Schlüsselrolle beim Schutz und der Erhaltung der Atmosphäre ... >>

Verfestigung von Schüttgütern 30.04.2024

In der Welt der Wissenschaft gibt es viele Geheimnisse, und eines davon ist das seltsame Verhalten von Schüttgütern. Sie verhalten sich möglicherweise wie ein Feststoff, verwandeln sich aber plötzlich in eine fließende Flüssigkeit. Dieses Phänomen hat die Aufmerksamkeit vieler Forscher auf sich gezogen, und wir könnten der Lösung dieses Rätsels endlich näher kommen. Stellen Sie sich Sand in einer Sanduhr vor. Normalerweise fließt es frei, aber in manchen Fällen bleiben seine Partikel stecken und verwandeln sich von einer Flüssigkeit in einen Feststoff. Dieser Übergang hat wichtige Auswirkungen auf viele Bereiche, von der Arzneimittelproduktion bis zum Bauwesen. Forscher aus den USA haben versucht, dieses Phänomen zu beschreiben und seinem Verständnis näher zu kommen. In der Studie führten die Wissenschaftler Simulationen im Labor mit Daten aus Beuteln mit Polystyrolkügelchen durch. Sie fanden heraus, dass die Schwingungen innerhalb dieser Sätze bestimmte Frequenzen hatten, was bedeutete, dass sich nur bestimmte Arten von Schwingungen durch das Material ausbreiten konnten. Erhalten ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

Chip, der den Alkoholgehalt im Blut bestimmt 11.04.2021

Die genaue Menge an Alkohol im Körper zu kennen, ist nicht nur für Autofahrer nützlich, sondern auch für diejenigen, die mit Alkohol unverträgliche Drogen nehmen oder mit der Abhängigkeit von der grünen Schlange zu kämpfen haben. Früher entwickelte Tools sind trotz der Zuverlässigkeit der Indikatoren nicht immer praktikabel. Eine kürzlich durchgeführte Studie befasst sich jedoch mit allen möglichen Unannehmlichkeiten.

Wissenschaftler aus den USA haben einen Chip entwickelt, mit dem sich der Alkoholgehalt im Blut bestimmen lässt. Seine Besonderheit ist, dass es unter die Haut implantiert wird. Die Entwicklung überschreitet nicht die Größe von 1 Kubikmillimeter.

In der Regel wird die Alkoholmenge im Blut durch einen Bluttest oder das Ausatmen von Luft in ein spezielles Gerät bestimmt. Beide Methoden sind nicht immer praktikabel, da es Zeiten gibt, in denen Sie den Alkoholspiegel ständig überwachen müssen. Solche Fälle umfassen beispielsweise die Behandlung von Menschen mit Alkoholabhängigkeit.

Dank der Entwicklung von Wissenschaftlern ist es möglich, die Alkoholmenge und Schwankungen des Alkoholspiegels im Blut ständig und ohne zusätzliches Zubehör zu verfolgen. Der Chip selbst enthält keinen Akku. Es wird von externen Energiequellen wie einem Smart-Armband oder einer Uhr mit Strom versorgt.

Das Funktionsprinzip des Geräts besteht darin, die Alkoholmenge zu bestimmen, sobald sie in den Blutkreislauf gelangt. Dabei ändern sich die elektrochemischen Parameter des Sensors und er meldet dies per Funksignal.

Das entwickelte Medikament wird helfen, Alkoholismus effektiver zu bekämpfen und bestimmte Medikamente ohne Angst um die Gesundheit einzunehmen. Auch die Zahl der Unfälle durch Alkoholkonsum wird zurückgehen.

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