Neue Technologien

Neue Erkenntnisse an PETRA IV können genutzt werden, um gezielt neue Materialien maßzuschneidern – beispielsweise für Chips und ultraschnelle Prozessoren.

Eine wichtige Zielsetzung von PETRA IV ist es, geeignete Materialien mit neuen Funktionalitäten zu erschließen. Diese können nur auf Nanoebene maßgeschneidert werden. Insbesondere die Mikrochip-Industrie benötig bei den heutigen Leiterbahnengrößen eine Auflösung von 1 bis 10 Nanometern. Bisher werden knapp unter 100 Nanometern erreicht. Mit PETRA IV können die winzigen Leiterbahnen und Halbleiterelemente in modernen Computerchips erstmals in 3D sichtbar gemacht und sogar während des Betriebs untersucht werden.

Ob virtuelles Prototyping oder Forschung zum Klimawandel: Simulationen werden in Wissenschaft und Industrie immer wichtiger. Dafür werden innovative Ansätze für Mikroelektronik und Nanotechnologie gesucht, die neue physikalische Effekte nutzen. Zukünftig müssen sich die Rechenleistung, Datenspeicherdichte und Datenübertragungsraten von Informationstechnologien erhöhen. Gleichzeitig soll der Bedarf an elektrischer Energie deutlich reduziert werden.

Illustration der elektronischen Struktur supraleitender Materialien, die mit PETRA IV erstmals sichtbar gemacht werden können. Dargestellt wird eine organisch wirkende Struktur, die einen Tunnel bildet. Diese Struktur steht für das supraleitende Material und der Tunnel stellt eine Leiterbahn dar. Durch sie strömen in extrem hoher Geschwindigkeit elektrisch geladene Teilchen. — Neue Erkenntnisse an PETRA IV können genutzt werden, um gezielt neue Materialien maßzuschneidern – beispielsweise für Chips und ultraschnelle Prozessoren. Ein experimenteller Durchbruch wird in der Forschung zu Hochtemperatur-Supraleitern erwartet: Der ultrascharfe Röntgenstrahl macht erstmals die lokale elektronische Struktur der Materialien auf der Nanoskala sichtbar. Bild: DESY, Lucid Berlin

Röntgen-Nanospektroskopie von Quantenmaterialien

Mit PETRA IV werden Unterschiede in der elektronischen Struktur von Materialien auf lokaler, atomarer Ebene direkt sichtbar, quantifizierbar und letztendlich kontrollierbar.
PETRA IV verschiebt die Grenzen heutiger spektroskopischer Verfahren. Abläufe in funktionalen Materialien können live beobachtet werden.
Die Kombination aus hoher Energieauflösung und hoher räumlicher Auflösung von PETRA IV hat das Potenzial, das Verständnis funktionaler Materialien, deren makroskopische Eigenschaften auf Quantenzuständen beruhen, zu revolutionieren.