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Forscher: Strom kann Quarz in Silizium umwandeln

Japanische Wissenschaftler haben eine neue Methode zur einfacheren Herstellung von Silizium entwickelt, bei der die Ausgangsprodukte nicht auf hohe Temperaturen erhitzt werden müssen. Die Sauerstoffatome einer gewöhnlichen Quarzplatte werden einfach durch einen elektrischen Strom abgelöst, so dass reines Silizium zurückbleibt. Das berichten die Forscher im Fachmagazin Nature Materials (doi:10.1038/nmat900 Vorabdruck der Juniausgabe). Allerdings muss das auf diese Weise erzeugte Silizium noch durch herkömmliche Verarbeitungsprozesse in seine kristalline Form umgewandelt werden, bevor es für Schaltkreise in Computerchips eingesetzt werden kann.

Das von Toshiyuki Nohira und seinen Kollegen von der Universität Kyoto entwickelte Verfahren zur Erzeugung von Silizium ist denkbar einfach. Zunächst tauchen die Forscher eine dünne Quarzplatte (Siliziumdioxid) in eine auf 850 Grad Celsius erwärmte Salzlösung. Danach wird ein dünner Metalldraht in die Lösung getaucht, so dass dessen Spitze die Quarzplatte berührt. Wenn nun ein Strom durch den Draht geleitet wird, so werden die Sauerstoffatome des Quarzes in der Umgebung der Kontaktstelle ionisiert. Dadurch lösen sie sich ab und gehen Verbindungen mit den Salzionen ein.

Da Silizium den elektrischen Strom leitet, kann sich dieser nun mehr und mehr durch das Quarz ausbreiten und dieses in Silizium umwandeln. Dazu muss der Metalldraht nur lange genug mit der Platte in Kontakt sein. Die Forscher weisen daruf hin, dass mit ihrer Methode sowohl punktförmige Siliziumkontakte in einer isolierenden Quarzschicht als auch ganze Siliziumplatten erzeugt werden können.

Die geometrische Struktur des Siliziums ist allerdings noch nicht kristallförmig ? dazu müssen noch weitere, in der Halbleiterindustrie wohlbekannte Verfahren eingesetzt werden. Nohira betont allerdings, dass seine Methode im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren der Siliziumgewinnung aus Quarz ohne Schmelzprozesse auskommt. Somit könnte die Strommethode sowohl großflächig in der Industrie als auch im Labor zur einfachen Erzeugung von Silizium eingesetzt werden.

Um die für die Herstellung von Computerchips so wichtigen Siliziumscheiben ? so genannte Wafer ? zu erzeugen, muss das in der Natur vorhandene Siliziumdioxid (Quarz) zunächst in Silizium umgewandelt werden. Dazu wird das Siliziumdioxid gewöhnlich bei einer Temperatur von etwa 1.700 Grad Celsius geschmolzen und dann mit Kohlenstoff versetzt. Dadurch bildet sich Silizium in der Schmelze aus, das dann in weiteren Verarbeitungsschritten gereinigt und schließlich auskristallisiert wird.

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Stefan Maier
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Two killer whales jump above the sea surface, showing their black, white and grey colouration. The closer whale is upright and viewed from the side, while the other whale is arching backward to display its underside.

Two killer whales jump above the sea surface, showing their black, white and grey colouration. The closer whale is upright and viewed from the side, while the other whale is arching backward to display its underside. (Wikipedia; Robert Pittman – NOAA (http://www.afsc.noaa.gov/Quarterly/amj2005/divrptsNMML3.htm]))

Schwertwale (Orcinus orca) sind die größten Delphinartigen, bis zu 8 Meter groß, mit robustem Gebiß, schnell und intelligent sind sie die unangefochtenen Top-Prädatoren der Meere.
Ihre alten Namen wie Raubwal oder Mörderwal stammen noch aus der Zeit, als Menschen die „Fischdiebe“ bekämpft haben – noch Ende der 60er Jahren verscheuchte die US Air Force sie auf Wunsch isländischer Fischer mit Maschinengewehren, Raketen  und Wasserbomben aus den Fischgründen (Ellis, Richard (1999). Men and Whales. The Lyons Press. p. 472. ISBN 978-1-55821-696-9.)
Nicht zuletzt durch die moderne Schwertwal-Forschung von Michael Biggs und John Ford hat sich das Bild der Schwertwale vom Killer zum intelligenten Familientier gewandelt (Mehr zur Biologie und Erforschung der Orcas im letzten Absatz).

Geschützte Wal-Art frisst andere geschützte Wal-Art: Glattwale ziehen des Kürzeren

Im Zuge des Klimawandels erobern einige Orca-Gruppen gerade neue Ökosysteme, vor allem in der Arktis.
Fressen und gefressen werden ist der Lauf der Natur. Aber die derzeitigen Großwalbestände wie die arktischen Glattwale (Nordkaper und Grönlandwale) erholen sich nur langsam von ihrer Dezimierung durch den industriellen Walfang. Sogar nach dem totalen Verbot des Erlegens von Glattwalen 1949 haben russische Walfänger diese streng geschützten Arten weiterhin geschossen.

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Gerade die Glattwal-Bestände im Nordatlantik und Nordpazifik sind immer noch sehr klein, die langlebigen Wale pflanzen sich nur langsam fort. Im westlichen Nordatlantik gibt es noch etwa 400 Individuen, im östlichen Nordatlantik wohl nur noch Dutzende – damit sind sie dort funktional ausgestorben.
Für die Nordpazifischen und Nordatlantischen Glattwale (Nordkaper, Northern right whale; Eubalaena japonicus und Eubalaena glacialis) sind zurzeit die Schifffahrt und die Fischerei die größten Bedrohungen. Zusätzlich gibt es vor allem auf die Kälber Angriffe von Orcas und großen Haien. Ein wie großer Teil der Bartenwale dadurch jährlich stirbt, ist nicht bekannt, allerdings tragen so viele Glattwale Biß-Narben von Orcas und Haien, dass die Angriffe wesentlich häufiger sein dürften, als die Wissenschaftler gelegentlich beobachten (Jessica K. D. Taylor et al: Shark predation on North Atlantic right whales (Eubalaena glacialis) in the southeastern United States calving grounds; Marine Mammals Science, 29(1), pp. 204 – 212;  21 March 2012).
Bei den ohnehin so kleinen Beständen reicht der Ausfall einiger Tiere pro Jahr, um eine Population langfristig an den Rand des Aussterbens zu bringen. Die Orcas tragen zumindest einen Teil dazu bei.

Vor der argentinischen Halbinsel Valdes überschneiden sich die Lebensräume von Orcas und Südkapern (Südliche Glattwale, Eubalaena australis). In einigen flachen Buchten bringen die Walmütter dort ihre Kälber zur Welt. Die behäbigen Glattwale haben innerhalb von nur drei Jahrzehnten ihren Lebensraum verändert: Das Areal mit der höchsten Orca-Dichte meiden sie mittlerweile, stattdessen sind sie in zwei benachbarte Buchten abgewandert. Zwischen 1972 und 2000 haben die Biologen 117 Begegnungen von Orcas mit den Südkapern beobachtet. In zwölf Fällen attackierten die großen Delphine die behäbigen Glattwale nachweislich, in 37 weiteren Fällen ist es auf jeden Fall zu Verhaltensänderungen der gekommen. Dabei haben die Südkaper Verhaltensweisen gezeigt wie das aktive Beschützen ihrer Kälber, sie haben ihre Fluken als Waffen eingesetzt, sind in flachere Gewässer geschwommen, haben sich zu größeren Gruppen zusammengeschlossen oder eine  Rosetten-Formation gebildet (dabei bilden die erwachsenen Wale einen Kreis um den Nachwuchs, alle Köpfe zeigen nach innen und die gefährlichen Fluken nach außen) – all diese Verhaltensweisen sind Verteidigungsmaßnahmen. Auch die dichte Ansammlung der Glattwalmütter in ihren Kinderstube Stuben vor der Halbinsel Valdes ist bereits eine Strategie, das individuelle Risiko zu senken. Dass die Glattwale die eine Bucht aufgegeben haben, hat die Anzahl der Begegnungen mit Orcas klar gesenkt. Auch wenn sich letztendlich nicht nachweisen lässt, dass die Glattwale ihren Aufenthaltsort wegen der hohen Anzahl der Orcas verlagert haben, wäre es eine gute Erklärung (Sironi, M., López, J. C., Bubas, R., Carribero, A., García, C.,  Harris,  G.  G., Payne,  R.  (2008).  Predation  by  killer  whales  (Orcinus  orca)  on  southern  right  whales  (Eubalaena  australis)  off  Patagonia,  Argentina:  Effects  on behavior and habitat choice (Report to the Scientific Committee  of  the  International  Whaling  Commission,  SC/60/BRG29). 18 pp.).

tur|nen  〈[toe–] V. i.; hat; umg.〉 Spaß bringen, berauschen, anregen; →a. abturnen ... mehr

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