Und jetzt kann man mit der Wolfram-Nadel das Teilchen plattdrücken (unter dem Bild jeweils die gemessene Kraft, die man dafür braucht)
Und was soll das?
Ist ja ganz nett – aber mal ehrlich, wozu soll das gut sein?
Zum einen kann man natürlich an Anwendungen denken, beispielsweise an das Schmieden von Nanobauteilen für die Mikrotechnik. (Momentan ist ein Kollege gerade dabei, Teilchen in Formen reinzuschmieden – aber da das noch nicht veröffentlicht ist, sage ich dazu erstmal nichts.) Vielleicht wollen wir ja irgendwann man Naniten herstellen, oder U-Boote, die durch den menschlichen Körper fahren [Hier war ein Bild aus dem amerikanischen Film “Fantastic Voyage”; aus Copyright-Gründen habe ich das lieber entfernt.]
Da ist es sicher praktisch, wenn wir kleine Zahnräder, Kolben oder sonst irgendwelche Bauteile schmieden können.
Aber zugegeben, das ist natürlich ein bisschen Science Fiction. Die Nanoschmiederei hat aber noch einen direkten wissenschaftlichen Wert: Wie genau sich derart kleine Teilchen verformen, ist nämlich immer noch nicht verstanden. Eigentlich sollten so kleine Teilchen wenig oder gar keine Versetzungen enthalten, weil die an die Oberfläche wandern (was energetisch günstiger ist). Wie können sie sich dann trotzdem so gut plastisch verformen?
Diese Fragen werden zur Zeit überall auf der Welt intensiv untersucht – allerdings nicht an Nanowürfeln (da sind wir in Braunschweig einzigartig), sondern an sogenannten “Micropillars” (Mikrosäulen) wie diesen hier:
(Quelle: https://www2.nsysu.edu.tw/MSE/research/research.htm)
Diese Micropillars werden mit einem Ionenstrahl aus einem Material herausgetrennt und dann verformt. Allerdings haben sie gegenüber unseren Nanowürfeln zwei Nachteile: Zum einen stehen sie nicht frei, sondern sind immer noch unten verankert. Zum anderen führen die Ionenstrahlen, mit denen man das umliegende Material wegbrät, zu Störungen an der Oberfläche der Micropillars, deren Einfluss man schwer genau einschätzen kann. Die Nanowürfel sind also eine interessante Alternative.
Und natürlich – und hier kommt ein bisschen von meiner Forschung ins Spiel – kann man auch versuchen, diesen Prozess im Computer zu simulieren. Damit kann man testen, wie denn nun die Versetzungen in den Nanowürfel hineinkommen – wir machen bestimmte physikalische Annahmen und schauen dann, ob die simulierte Verformung der real gemessenen entspricht, was dann die Annahmen stützen würde. Leider ist auch das noch nicht veröffentlicht (die Simulationsrechnungen dauern seeeehr lange) – deswegen erzähle ich das nicht im Detail. Aber zumindest ein hübsches Bild kann ich euch zeigen, das nebenbei demonstriert, warum Simulationen immer besser sind als Experimente – sie sind viel bunter:
Die Ergebnisse sind erschienen in
Schloesser, J., Rösler, J., & Mukherji, D. (2011). Deformation behaviour of freestanding single-crystalline Ni3Al-based nanoparticles International Journal of Materials Research (formerly Zeitschrift fuer Metallkunde), 102 (05), 532-537 DOI: 10.3139/146.110504
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