Blitze aus dem Würfelzucker - wissenschaft.de
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Blitze aus dem Würfelzucker

Amerikanische Forscher haben eine neue Methode zur Untersuchung piezoelektrischer Kristalle entwickelt. Dabei werden die Kristalle in Paraffinöl eingebettet und dann mit einem kräftigen Puls von Ultraschallwellen im wahrsten Sinne des Wortes unter Schock gesetzt. Die mechanischen Schockwellen führen zur Ausbildung von Rissen in dem Kristall, begleitet von einem kräftigen Blitz. Die Forscher glauben, auf diese Weise mehr über die mechanischen Eigenschaften der ungewöhnlichen Kristalle zu erfahren.

Kenneth Suslick und Nathan Eddingaas wählten für ihr Experiment einen besonders bekannten Vertreter der piezoelektrischen Kristalle aus ? gewöhnlichen Zucker. Obwohl schon Francis Bacon im Jahre 1605 beobachtete, dass Zuckerkristalle beim Zermahlen Licht aussenden, leuchtet unser Mund nicht auf, wenn wir einen Zuckerwürfel zerkauen. Dies hängt damit zusammen, dass diese als Mechanolumineszenz bezeichnete Art der Lichtaussendung sehr schwach ist.

Die amerikanischen Forscher konnten die Helligkeit des von Zucker ausgesandten Lichts nun um fast das Tausendfache erhöhen. Der Trick bestand darin, die für die Lichtentwicklung notwendigen Bruchstellen in den Kristallen in einer hohen Dichte zu erzeugen. Dies gelang mithilfe von Ultraschallwellen einer Frequenz von etwa 20 Kilohertz, die durch in Paraffinöl eingebettete Kristalle wanderten.

Wenn piezoelektrische Kristalle unter Druck gesetzt werden, so verschieben sich die elektrischen Ladungen des Kristallgitters aus ihrer Gleichgewichtslage. Daher bildet sich zwischen gegenüberliegenden Grenzflächen des Kristalls eine elektrische Spannung aus. Wenn in dem Kristall nun ein Riss auftritt oder er gar aufbricht, können die Ladungsträger sich an der Bruchstelle wieder in ihrer Gleichgewichtslage vereinigen. Dies führt zu der Aussendung eines Lichtblitzes, ähnlich wie der Funken zwischen zwei Elektroden, die einer starken Spannung ausgesetzt sind.

Suslick und Eddingaas konnten dank ihrer Anregungsmethode das Aufleuchten der Zuckerkristalle selbst in hellem Tageslicht beobachten. Sie wollen nun darangehen, weitere piezoelektrische Kristalle mit demselben Verfahren zu untersuchen.

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Kenneth Suslick, Nathan Eddingaas (Universität von Illinois, Urbana-Champaign): Nature, Bd. 444, S. 163 Stefan Maier
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