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Bild der Woche

Metallische Schneeflocken

Mikroskopische Aufnahme einer Schneeflocken-Struktur
Kristallisierte Zinkatome in Form einer Schneeflocke ©Waipapa Taumata Rau, University of Auckland

Dieses Bild zeigt eine wenige Nanometer große Schneeflocke, die aber nicht aus Eis besteht, sondern aus kristallisierten Zinkatomen.

Um neue Techniken und Technologien mit Nanomaterialien zu entwickeln, haben Forschende aus Australien und Neuseeland unter anderem mit Gallium experimentiert. Dies soll helfen, das Zusammenspiel verschiedener Atome zu verstehen. Gallium ist ein seltenes, weiches Metall, das schon bei Raumtemperatur flüssig wird. Andere Metalle, wie Zink, Kupfer, Nickel oder Aluminium lösen sich bei hohen Temperaturen sehr leicht in dem flüssigen Gallium. Wenn das Gemisch wieder auf Raumtemperatur gesenkt wird, kristallisieren sie aus, während das Gallium flüssig bleibt.

Die entstandenen Metallkristalle zeigten sich in den verschiedensten Formen: Würfel, Stäbe, sechseckige Platten und die im Bild gezeigte Schneeflockenstruktur. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass die Symmetrie der Formen beständig bleibt, abhängig vom gelösten Metall. Überraschenderweise war das Ergebnis bei Versuchen mit Zink immer das Schneeflockenmuster -eine sechsfach verzweigte Symmetrie, bei der jedes Atom von sechs Nachbarn in gleichem Abstand umgeben ist.

Die Wissenschaftler konnten mit diesen Ergebnissen zeigen, dass flüssiges Gallium nicht wie angenommen eine zufällige Struktur aufweist, sondern in Wechselwirkung mit verschiedenen Metallen spezifisch geformte Kristalle entstehen lässt. Diese Erkenntnisse öffnen neue Wege für die Forschung mit Nanostrukturen. Diese werden zum Beispiel bei der Herstellung von Elektronik genutzt, indem im Nanobereich gezielt bestimmte Eigenschaften erzeugt werden.

 “Im Gegensatz zu Top-down-Ansätzen zur Bildung von Nanostrukturen – durch Wegschneiden von Material – beruht dieser Bottom-up-Ansatz auf der Selbstorganisation von Atomen”, sagt Nicola Gaston vom MacDiarmid Institut für moderne Werkstoffe und Nanotechnologie an der Universität Auckland. “Auf diese Weise stellt die Natur Nanopartikel her und das sowohl weniger verschwenderisch als auch viel präziser als bei einer Top-Down-Methoden.” Außerdem ist sie der Meinung: “Es hat auch etwas sehr Cooles, eine metallische Schneeflocke zu erzeugen!”

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