Physik

Neuentwickelte Technik zeigt Struktur von einlagigem Bornitrid erstmals fast in Echtzeit

Blick auf „Unsichtbares“: Das 2D-Material Bornitrid ist für sichtbares Licht transparent und damit für optische Mikroskopie eigentlich nicht abbildbar. Doch eine neue Mikroskopietechnik löst nun dieses Problem – mithilfe eines nichtlinearen „Tricks“. Dabei erzeugen kombinierte Laserstrahlen Resonanzeffekte, die die Kristallstruktur und etwaige Verzerrungen direkt sichtbar machen. Das eröffnet nun neue Möglichkeiten für optoelektronische Bauteile aus diesem 2D-Material.

Paper: Full Crystallographic Imaging of Hexagonal Boron Nitride Monolayers with Phonon-Enhanced Sum-Frequency Microscopy | PDF

Resultate des KATRIN-Experiments engen den Raum für "sterile" Neutrinos drastisch ein

Keine Spur: Einige kosmische Rätsel könnten durch eine noch unentdeckte Neutrino-Sorte erklärt werden. Doch nun machen Resultate des KATRIN-Experiments in Karlsruhe solche „sterilen“ Neutrinos erheblich unwahrscheinlicher. Denn in 36 Millionen Elektronenspektren haben Physiker keine Spur dieser diese hypothetischen Teilchen gefunden, wie sie in „Nature “ berichten. Das engt den Raum für eine vierte Neutrino-Sorte drastisch ein. Bedeutet dies das Ende für die sterilen Neutrinos?

Paper: Sterile-neutrino search based on 259 days of KATRIN data | PDF

CERN Pressemitteilung: Breakthrough in antimatter production

Paper: Be+ assisted, simultaneous confinement of more than 15000 antihydrogen atoms | PDF

Nachwachsende Materialien bilden die Grundlage für einen neuentwickelten Laser-Resonator

Naturbasierte Lasertechnik: Physiker haben einen neuartigen Laser entwickelt, dessen Resonator vollständig aus Biomaterialien besteht – aus Birkenblättern und Erdnusskernen. Der biobasierte Zufallslaser ist damit umweltfreundlicher und kostengünstiger als herkömmliche Laser dieser Art. Er könnte ein wichtiges Werkzeug für die medizinische Diagnostik und Bildgebung werden, wie das Team berichtet.

Paper: Biomaterial-based random lasers achieved from peanut kernel doped with birch leaf–derived carbon dots | PDF

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Neue Dotierungsmethode macht das wichtige Halbleiter-Material zum Supraleiter

Vom Halb- zum Supraleiter: Physiker haben Germanium erstmals zum Supraleiter gemacht, ohne dass der Hableiter seine Kristallstruktur und positiven Eigenschaften verliert. Dies eröffnet neue Chancen für effizientere Computer und Elektronik – auch beim Halbleiter Silizium. Die neue Methode kann Fremdatome schonend und gleichmäßig in das Halbleiter-Kristallgitter einfügen. Dies bewirkt eine Elektronenkonfiguration, die die verlustfreie Stromleitung ermöglicht [...]

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• Physiker haben OLED-Pixel geschrumpft

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Neuartige Nano-OLEDs könnten Displays und Projektoren für Datenbrillen kleiner machen

Leuchtende Winzlinge: Physiker haben erstmals organische Leuchtdioden von nur 300 Nanometer Größe entwickelt – ein neuer Rekord. Die von den neuen Nano-OLEDs erzeugten Pixel unterschreiten sogar die Wellenlänge des Lichts – das galt bislang als technisch nicht möglich. Der Durchbruch gelang durch eine isolierende Maskierung, die Störströme an den Ecken und Kanten der OLEDs verhindert. Dies eröffnet neue Anwendungen beispielsweise für in Brillen integrierte Displays.

Paper: Individually addressable nanoscale OLEDs | PDF

Experimente zum Nachweis der Quantengravitation können irreführen

Fundamentale Lücke: Schon Einstein scheiterte daran, Gravitation und Quantenphysik zu vereinen. Jetzt haben Physiker entdeckt, dass auch der vielversprechendste Test auf eine Quantelung der Gravitation nicht eindeutig ist. Der Grund: Auch in einer rein klassischen, ungequantelten Raumzeit kann es eine Art Verschränkung von Massen geben, wie die Forscher in „Nature“ demonstrieren. Doch genau diese Verschränkung galt bisher als experimenteller Beweis für die Quantennatur der Gravitation. Und jetzt?

Paper: Classical theories of gravity produce entanglement | PDF

Wärmeübertragung in Nanometer-Abstand liegt um das 100-Fache höher als physikalisch erklärbar

Physikalisch (noch) nicht erklärbar: Physiker rätseln über einen unerwarteten Überschuss bei der Wärmeübertragung im Nanomaßstab. Sind Atome weniger als 18 Nanometer voneinander entfernt, tauschen sie 100-mal mehr Wärme aus als theoretisch vorhergesagt, wie Messungen enthüllen. Für diesen Effekt gibt es bisher keine physikalische Erklärung. Auch nicht dafür, warum gängige Wärmefluss-Grenzen in diesem extremen Nahfeld nicht mehr gelten.

Paper: Transition from Near-Field to Extreme Near-Field Radiative Heat Transfer | PDF

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• Quantenmotor: Carnot-Prinzip wird von Quanteneffekt gebrochen

Ein zentraler Satz der Thermodynamik gilt nicht für Objekte auf atomarer Ebene. Der Wirkungsgrad von Quantenmotoren liegt dadurch höher als eigentlich erlaubt.

Pressemitteilung Uni Stuttgart: Effizienter als Carnot: Quantenmechanik übertrumpft zweites Gesetz der Thermodynamik

Paper: Correlated quantum machines beyond the standard second law | PDF

In molekularen Taschen eingesperrtes Wasser verhält sich anders als erwartet. Es ist dort hochenergetisch, mit Folgen für Medizin und Materialkunde.

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Zusammenfassung durch Le Chat - Mistral AI:

Eine Flasche entleert sich nicht gleichmäßig, sondern gluckert, weil Luft und Flüssigkeit sich durch die enge Öffnung abwechseln müssen. Durch schnelles Drehen der Flasche um ihre Achse entsteht ein Strudel: Die Flüssigkeit rotiert an der Wand nach oben, in der Mitte spiralförmig nach unten – so kann Luft kontinuierlich nachströmen und die Flasche leert sich blitzschnell und ohne Unterbrechung.

Allerdings darf man nicht zu stark drehen, sonst wird die Luftsäule im Zentrum so groß, dass sie den Wasserfluss wieder bremst. Die optimale Drehgeschwindigkeit liegt dazwischen. Was auf dem Weihnachtsmarkt funktioniert, interessiert auch die Industrie für effizientere Prozesse.

Wie drei Chemiker eine ganz neue, vielseitig nutzbare Materialklasse erfanden

Den Chemie-Nobelpreis 2025 erhalten drei Chemiker, die eine neuartige, vielseitig nutzbare Materialklasse schufen: metallorganische Gerüstverbindungen (MOF). Diese porösen Komplexe aus Metallionen und organischen Molekülketten bilden käfigartige Hohlräume, die andere Chemikalien einschließen können. Dadurch können sie beispielsweise CO2 oder Wasser aus der Luft einfangen, Gase speichern oder als selektive Barriere dienen.

Supraleiter-Experiment belegte erstmals quantenphysikalisches Tunneln in einem Schaltkreis

Der Physik-Nobelpreis 2025 geht an drei Physiker, die erstmals bewiesen, dass das Quantentunneln auch im makroskopischen Maßstab möglich ist. John Clarke, Michel Devoret und John Martinis demonstrierten in ihrem Experiment, dass gekoppelte Teilchen eines Supraleiter-Schaltkreises eine Barriere durchtunneln können – und dass dieser Schaltkreis gequantelt reagiert. Diese Erkenntnis legte die Basis für Technologien wie Quantencomputer und Quantensensoren.

Quanten-Experiment umgeht Heisenbergs Unschärferelation

Doch vereinbar: Physiker haben einen experimentellen Weg gefunden, um die Einschränkungen durch die berühmte Heisenbergsche Unschärferelation zu umgehen. Dafür haben sie den Unschärfebereich von Quantenteilchen so verschoben, dass sie gleichzeitig feine Änderungen in deren Position und Impuls messen konnten. Diese neue Messtechnik könnte künftig für ultrapräzise Quantensensoren verwendet werden

Paper: Quantum-enhanced multiparameter sensing in a single mode | PDF

Alternativer Link @archive.org

Zusammenfassung durch Le Chat - Mistral AI:

Eis ist normalerweise elektrisch neutral, da seine Moleküle zwar polar sind, sich ihre Ladungen im Kristallgitter aber gegenseitig aufheben. Doch wenn Eis gebogen wird, richten sich die inneren Ladungen plötzlich aus – ein Effekt, den man Flexoelektrizität nennt.

Forscher konnten diesen Effekt nun erstmals messen: Sie verbogen dünne Eisplatten bei Temperaturen zwischen –130 und 0 °C und stellten fest, dass Eis unterhalb von –70 °C sogar ähnliche elektrische Eigenschaften wie bestimmte Keramiken in Elektronikbauteilen entwickelt.

Besonders spannend ist der Bezug zu Gewittern: Wenn in Wolken kleine Eisteilchen mit größeren Graupeln kollidieren, könnte genau diese Flexoelektrizität dazu führen, dass sich die Teilchen entgegengesetzt aufladen. Die berechneten Werte decken sich mit realen Messungen – auch wenn das Modell noch vereinfacht ist und weitere Faktoren eine Rolle spielen.

Die Entdeckung liefert also einen neuen Ansatz, um zu erklären, wie Eis zur Entstehung von Blitzen in Gewitterwolken beiträgt.

Physiker beobachten erstmals die Bewegung von Valenzelektronen bei einer Reaktion

Physiker haben erstmals die Basis aller chemischen Reaktionen sichtbar gemacht: Sie beobachteten die Bewegung eines Valenz-Elektrons durch ein reagierendes Molekül. Die Aufnahmen mittels Röntgenlaser enthüllen, wie sich die Position des Elektrons im Molekül verändert und welche Bindungen dadurch aufbrechen. Sie zeigen aber auch die „Abzweigungen“ in zwei mögliche Reaktionswege. Diese Beobachtungen geben damit wichtige Einblicke in die Prozesse hinter den chemischen Reaktionen.

Paper: unfrei, also kein Open Access | Was bedeutet Open Access?

Preprint: Imaging valence electron rearrangement in a chemical reaction using hard X-ray scattering | PDF

Alternativer Link @archive.org

tl;dr von Le Chat - Mistral AI:

Ein neues, zufällig entdecktes Verfahren ermöglicht die Herstellung perfekter Nanodiamanten ohne Druck oder Hitze: Ein Elektronenstrahl in einem Elektronenmikroskop verwandelt Kristalle des Moleküls Adamantan – ein natürlicher Bestandteil von Rohöl – direkt in winzige, fehlerfreie Diamanten.

Bisher wurden Nanodiamanten meist durch Explosionen erzeugt. Das neue Verfahren ist nicht nur sicherer und einfacher, sondern könnte auch gezielte Formen wie beim 3D-Druck ermöglichen. Nanodiamanten finden Anwendung in Medizin, Beschichtungen, Schmiermitteln und als Wärmeleiter.