Nanoscopy and Materials Engineering

The strive for unification is a mainspring in natural sciences; perhaps the most famous example is the search for the Unified Field Theory by Einstein, Heisenberg and others that – up to date – has not yet been successful. However, on the comparably modest sublevel of unifying two experimental methods as special tools of spectro-scopy and diffractometry, it may be stated that this aim could be achieved by the undersigned unit leader and coworkers.

The result was the creation of the difference electron nanoscope (DEN) and its application „nanoscopy“ as a comparably new hybrid method – however, the DEN is no classical machine as the term might infer. It is a computer program running on a fast computer system displaying 3D difference electron hyperareas floating in space together with the relevant main physical quantity, the electric field gradient efg, as a wire frame model within the unit cell of the sample under consideration. In this sense, the method acts on a sub-nanometer scale (hence the term „nanoscope“) and delivers images of uncompared symmetrical and physical evidence – letting aside the aesthetical aspects. Has anyone seen a real orbital distribution together with its efg within a crystal before? The following image shows an example.

 Barrierefreiheit: Kurzbeschreibung des Bildes

3D difference electron densities (DEDs) (shaded yellow) around the centre position of the FeII-ion (red) with the efg as blue wire frame model in the unit cell of synth. Fe2SiO4. View along the c-direction (space group Pnma); for better spatial impression the surr. O2- octahedron is denoted by green lines, the adjacent silicon-O tetrahedron by yellow ones. Along certain superexchange pathways close to special oxygens, residual DED/magnetic moment densities can be recognized as the theory of magnetism for special solid state materials has predicted. 

From: Werner Lottermoser: The Difference Electron Nanoscope: Methods and Applications. © 2017 PanStanford Publishing Pte. Ltd., Singapore, Ashford Colour Press Ltd. ISBN 978-981-4774-01-7

However, the method is not a purely academic playground. Its application should lead to a better understanding of electric and magnetic interactions in crystals in order to improve the existing technical properties of materials (mat „engineering“) or to derive new compounds with unforeseen features. In this sense, the method fits well in the existing materials research activities of the Department and the Division.

At present, the DEN method consists of the following sub-units, partly available at Salzburg:

  • Classical 57Fe Mössbauer Spectroscopy, in partic. Single Crystal Mössbauer Spectroscopy SCMBS to derive the experimental efg
  • Diffractometry (X-ray, neutron and synchrotron d.) to evaluate the difference electron densities/magnetic electron densities and to derive a semi-empirical efg
  • Density Functional Theory (Self-Consistent-Charge SCC X alpha ­- Method) to determine a full-quantitative efg for comparison and for an important interaction with the experimental team

 

Why is the efg, obviously, so significant? Many physical and technical quantities have tensor character, i.e. they are dependent on size and direction, like the elastic tensor, the dielectric tensor, magnetic susceptibility a.s.o. - in our case the tensor of the electric field gradient. All these have in common that they are dependent on structural and symmetric properties of the solid state, i.e. the sample under consideration. This means that for a given crystallographic structure determined by the atom/ion positions and given properties like, e.g., piezoelectricity, magnetism, elasticity/plasticity, luminescence, conductivity a.s.o., the careful choice of the ions and their relative arrangement in the solid state let us create „designed“ materials (also nanomaterials).

An example is the synthesis and research on special Li ion conductors with garnet structure (battery research) that were investigated by our team.

Last, but not least: the DEN method is not confined to iron containing samples as the application of 57-Fe Mössbauer spectroscopy might infer: An efg can also be derived from NMR/NQR measurements, the DFT is only dependent on the performance of the computer system and diffractometry has no limitations at all. In this sense, the DEN method is rather universal. The „hype“ around it in the preceding years, was, however, merely occurring in foreign countries (USA, China). Werner Lottermoser

 

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    Mit dem PLUS Talk wurde bereits 2020 ein neues Kommunikationsformat der Paris Lodron Universität Salzburg eingeführt. Im Rahmen dieses Formats treten Mitglieder des Rektorats zu bestimmten Schwerpunktthemen mit Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der PLUS, Studierenden und Vertreterinnen und Vertretern der Öffentlichkeit in Diskurs. Die Diskussionen finden LIVE statt und bieten Teilnehmerinnen und Teilnehmern die Möglichkeit, zu aktuellen Themen Fragen zu stellen.
    Am Mittwoch, den 17. März 2021 veranstaltet die PLUS einen virtuellen Tag der offenen Tür und lädt interessierte Schülerinnen und Schüler der Abschlussklassen herzlich ein. Alle Informationen dazu finden sich online unter www.uni-salzburg.at/openday.
    Nach Austausch mit dem Ministerium und in intensiver Beratung mit den Dekanen hat das Rektorat der Paris Lodron Universität Salzburg entschieden Prüfungen derzeit grundsätzlich nur mehr online durchzuführen. Dazu gelten folgende Punkte:
    Dialog und Befreiung in einer digitalen Zukunft - Ort und Zeit: Paris Lodron Universität Salzburg; 14.–16. Oktober 2021 - Ansprechpartner: markus.maier@stud.sbg.ac.at
    Herausforderungen gibt es im elementarpädagogischen Alltag zahlreiche, nicht nur in Coronazeiten. Die Kunst liegt im konstruktiven Umgang mit anspruchsvollen Situationen. Dem Thema „Lösungsorientiert mit Herausforderungen – kompetent und sicher – umgehen“ widmet sich der vierte Tag der Elementarbildung in Salzburg 22.01.2021, der aufgrund der pandemiebedingten Maßnahmen in digitaler Form stattfinden wird.
    Im Rahmen der Reihe „MUSIK & MEDIZIN“ organisiert der Kooperationsschwerpunkt Wissenschaft und Kunst im Jänner und Februar 2021 insgesamt drei Online-Vorträge:
    INTERDISZIPLINÄRE TAGUNG unter der Leitung von Reinhard Heinisch, Reinhard Klaushofer, Christoph Kühberger und Margit Reiter
    Prof. Dr. Hans van Ess (Vizepräsident der Ludwig-Maximilians-Universität und Professor am Institut für Sinologie) mit dem Thema "Neukonfuzianismus im 21. Jahrhundert" am Dienstag, den 19. Januar 2021 um 18:00 Uhr.
    10h /Online-Matinee mit Vortrag und Gespräch aus der Reihe „Artes“ mit Robert Brennan und Wolf-Dietrich Löhr.
    Im Rahmen der Reihe „MUSIK & MEDIZIN“ organisiert der Kooperationsschwerpunkt Wissenschaft und Kunst am 27. Jänner 2021 einen weiteren Online-Vortrag:
    Im Rahmen der Reihe „MUSIK & MEDIZIN“ organisiert der Kooperationsschwerpunkt Wissenschaft und Kunst am 3. Februar 2021 einen weiteren Online-Vortrag:
    Die Rechtsakademie an der Universität Salzburg bietet im Jänner 2021 drei Online-Seminare zu den Themen Update Wettbewerbsrecht (Kartellrecht und UWG) am Freitag, 15.1.2021, Update GmbH-Recht am Freitag, 22.1.2021 und Update Gewährleistungsrecht am Freitag, 29.1.2021, an.
    Hiermit möchten wir an den Call for Lectures erinnern, welcher noch bis 28.02. geöffnet ist. Bewerben Sie sich als Lektorin bei der ditact_women‘s IT summer studies, welche von 23.08.- 04.09.2021 an der Universität Salzburg stattfindet. Es ist uns ein großes Anliegen auch Nachwuchslektorinnen zu fördern.
    Mit dem „Award of Excellence“ werden die besten Dissertationen eines Studienjahres an österreichischen Hochschulen ausgezeichnet. Unter den Preisträgern ist Marina Pagano, Mitarbeiterin des FB Romanistik und Mitglied des Doktoratskollegs "Ästhetische Kommunikation".
    Knochen haben die außergewöhnliche Eigenschaft sich an äußere mechanische Einflüsse anzupassen und gezielt dort neues Material aufzubauen, wo es am dringendsten benötigt wird. Bereiche, die nur schwachen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, werden hingegen abgebaut.
    Das Land Salzburg schreibt in Abstimmung mit der Paris Lodron Universität Salzburg das neue Förderprogramm Digital Humanities aus. Unterstützt werden neue, innovative Forschungsvorhaben aus dem GSK-Bereich mit interdisziplinärer Ausrichtung, die sich mit dem Einsatz digitaler Technologien auseinandersetzen.
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    19.01.21 Neukonfuzianismus im 21. Jahrhundert
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