Ungewöhnliche Nanopartikel könnten bei der Suche nach einem Quantencomputer helfen
Winzige Kristalle „blinken“ wie Glühwürmchen und können Kohlendioxid, eine Hauptursache des Klimawandels, in Treibstoffe umwandeln. Ein von Forschern der Rutgers-Universität in New Jersey geleitetes Team hat ultrakleine Titandioxid-Kristalle geschaffen, die ein ungewöhnliches „Blinkverhalten“ zeigen und zur Herstellung von Methan und anderen Kraftstoffen beitragen könnten, so eine Studie in Angewandte Chemie. Die Nanopartikel bleiben lange Zeit geladen und könnten bei den Bemühungen zur Entwicklung von Quantencomputern helfen.
„Unsere Ergebnisse sind in vielerlei Hinsicht sehr wichtig und faszinierend, und es sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um zu verstehen, wie diese exotischen Kristalle funktionieren und um ihr Potenzial auszuschöpfen“, sagte der leitende Autor Tewodros (Teddy) Asefa, Professor in der Abteilung für Chemie und chemische Biologie an der School of Arts and Sciences der Rutgers University-New Brunswick. Er ist auch Professor in der Abteilung für Chemie- und Bioverfahrenstechnik an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften.
Die Pfeile deuten auf aufleuchtende und blinkende Titandioxid-Nanokristalle hin (links), die dann wieder verblassen (rechts) – Bilder © Tewodros Asefa und Eliska Mikmekova
Jährlich werden mehr als 10 Millionen Tonnen Titandioxid produziert, eines der am weitesten verbreiteten Materialien, so die Studie. Es wird zum Beispiel in Sonnenschutzmitteln, Farben, Kosmetika und Lacken verwendet. Es wird auch in der Papier- und Zellstoff-, Kunststoff-, Faser-, Gummi-, Lebensmittel-, Glas- und Keramikindustrie eingesetzt.
Das Team von Wissenschaftlern und Ingenieuren entdeckte eine neue Methode zur Herstellung extrem kleiner Titandioxid-Kristalle. Es ist zwar immer noch unklar, warum die hergestellten Kristalle blinken, und die Forschung ist noch nicht abgeschlossen, aber man geht davon aus, dass das „Blinken“ von einzelnen Elektronen herrührt, die auf Titandioxid-Nanopartikeln gefangen sind. Bei Raumtemperatur bleiben Elektronen – überraschenderweise – für Dutzende von Sekunden auf den Nanopartikeln gefangen, bevor sie entweichen und dann in einem kontinuierlichen Zyklus immer wieder gefangen werden.
Die Kristalle, die blinken, wenn sie einem Elektronenstrahl ausgesetzt werden, könnten für Umweltsanierungen, Sensoren, elektronische Geräte und Solarzellen nützlich sein, und das Forschungsteam wird ihre Fähigkeiten weiter erforschen.
Der Hauptautor ist Tao Zhang, ein Doktorand von Rutgers. Zu den Koautoren gehören Alexei M. Tyryshkin, ein Wissenschaftler von Rutgers, sowie Forscher der Technischen Universität Wuhan und der Tschechischen Akademie der Wissenschaften. Die Forschung wurde von der U.S. National Science Foundation finanziert.
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