Nachricht

Nov 08, 2023

Quasikristall in „versteinertem Blitz“ gefunden

Ein Quasikristall, der wahrscheinlich durch eine starke elektrische Entladung durch a entstanden ist

Forscher in den USA und Italien haben einen Quasikristall gefunden, der wahrscheinlich durch eine starke elektrische Entladung durch eine Sanddüne entstanden ist. Das Team unter der Leitung von Paul Steinhardt von der Princeton University hofft, dass ihre Entdeckung zur Entwicklung neuer Techniken zur Herstellung künstlicher Quasikristalle führen und Wissenschaftlern dabei helfen könnte, andere natürlich vorkommende Proben zu finden.

Quasikristalle sind feste Materialien mit Atomstrukturen, die eine Fernordnung aufweisen, denen aber die Translationssymmetrie regulärer Kristalle fehlt. Stattdessen weisen sie lediglich Rotationssymmetrie auf, und diese seltsame Anordnung verleiht Quasikristallen eine Reihe exotischer mechanischer, elektrischer und optischer Eigenschaften. Quasikristalle, die einst für unmöglich gehalten wurden, wurden erstmals 1982 identifiziert und seitdem wurden verschiedene Techniken zur Synthese dieser Materialien entwickelt – darunter die Dampfabscheidung und das langsame Abschrecken flüssiger Zustände.

In der Natur sind die für die Erzeugung von Quasikristallen erforderlichen Bedingungen jedoch außergewöhnlich selten und die erste natürlich vorkommende Probe wurde 2009 von Steinhardt und Kollegen identifiziert. Es folgte eine von Steinhardt geleitete Expedition nach Sibirien, um die Quelle dieser Probe zu suchen und zu bestätigen, dass es sich um diese handelte war Teil eines Meteoriten.

Nachdem festgestellt wurde, dass es in der Natur Quasikristalle gibt, ging es darum, neue Beispiele zu finden. Nun haben Steinhardt und Kollegen in einer Fulguritprobe eine neue Art von Quasikristall entdeckt. Fulgurite, auch „versteinerter Blitz“ genannt, sind Röhren aus geschmolzenem Material, die entstehen, wenn ein großer elektrischer Strom durch Sand fließt. Ihre Probe stammt aus den Sand Hills im Norden von Nebraska und wurde in der Nähe einer heruntergekommenen Stromleitung entdeckt, die Spuren von Metall in die Probe einbrachte.

Mit der chemischen Zusammensetzung Mn72,3Si15,6Cr9,7Al1,8Ni0,6 befand sich der Quasikristall in einem millimetergroßen Korn, das im Fulgurit eingeschlossen war. Dort existierte der Quasikristall neben einem konventionelleren kubischen Gitter. Der Quasikristall hat gleichmäßig verteilte Atomschichten mit jeweils 12-facher Rotationssymmetrie – etwas, das bei gewöhnlichen Kristallen mit Translationssymmetrie unmöglich ist.

Quasikristallines Bose-Einstein-Kondensat bietet einen Einblick in die Physik in höheren Dimensionen

Durch die Untersuchung der Probe konnten Steinhardt und Kollegen Hinweise auf ihre Entstehung sammeln. Sie glauben, dass sich der Quasikristall wahrscheinlich während einer starken elektrischen Entladung durch Sand gebildet hat. Die Ursache dafür könnte die ausgefallene Stromleitung, ein Blitzeinschlag oder eine Kombination aus beidem gewesen sein. Unabhängig von der Quelle hätte die Entladung extreme Temperaturen von über 1710 °C erzeugt. Dies hätte die notwendigen Bedingungen für die Bildung eines Quasikristalls im Bereich zwischen Spuren der Aluminiumlegierung aus der Stromleitung und dem geschmolzenen Silikatglas aus dem Sand geschaffen.

Steinhardts Team hofft, dass seine Entdeckung zu neuen Techniken für die Quasikristallsynthese durch kontrollierte elektrische Entladungen im Labor führen könnte. Dies könnte es Forschern ermöglichen, exotische neue Eigenschaften zu entwickeln, und könnte ihnen sogar dabei helfen, Orte besser zu identifizieren, an denen natürliche Quasikristalle sowohl auf der Erde als auch im Weltraum gefunden werden können.

Die Forschung wird in Proceedings of the National Academy of Sciences beschrieben.