Ein Team von Physikern verwendete Laser, um "Superkristalle" zu erzeugen, obwohl die Strukturen darum kämpften, überhaupt nicht zu existieren.
Ihre Leistung: Die Versuche eines hochgeordneten Materials, einfachere Strukturen zu bilden, zu vereiteln und dann die Energie von Laserpulsen zu nutzen, um das frustrierte Material in einen komplexeren Superkristallzustand zu versetzen.
In der Materialwissenschaft kann Materie in einer beliebigen Anzahl verschiedener kristalliner und nichtkristalliner Zustände existieren. Und manchmal, wenn diese Materie von einem Zustand zum nächsten übergeht, bleibt sie kurz in einem Zwischenzustand stehen, der normalerweise in der Natur nicht existiert. Unter diesen exotischen, flüchtigen Staaten? Superkristallstrukturen.
Ein Kristall ist ein Material, dessen Atome oder Moleküle sich in einem sich wiederholenden Muster angeordnet haben. Jeder Schritt in diesem Muster, jedes Puzzleteil, aus dem der Kristall besteht, wird als Einheitszelle bezeichnet. Diese sogenannten Superkristalle sind besonders, weil die Einheiten ihrer Kristallstruktur weitaus größer sind als die in natürlichen Kristallen gefundenen - in diesem Fall bis zu einer Million Mal größer als die Kristalle, die normalerweise von den Chemikalien gebildet werden, aus denen der Superkristall besteht.
In der neuen Studie schichteten die Physiker zwei Materialien, Bleititanat und Strontiumtitanat, so übereinander, dass jedes Material die Versuche des anderen vereitelte, sich in einem kleinen Kristall zu organisieren. Das Ergebnis? Viele ungeordnete, unregelmäßige Kristall- und Nichtkristallzustände sind zufällig über die Schichten verteilt.
Aber nach einem superschnellen Zapfen von blauem Laserlicht organisierten sich die Schichten neu. Die Laserstrahlung fügte dem System Energie hinzu, das den Kristall in einen Organisationszustand versetzte, die einzige Art von Organisation, die mit frustrierten kleinen Kristalleinheiten möglich ist. Im gesamten Material erschien eine riesige, sich wiederholende 3D-Struktur, die viel größer war als die Struktur, die in anderen Kristallen auftaucht. Die Wissenschaftler konnten diese Struktur mit einem zweiten Lichtblitz geringerer Intensität beobachten.
Es war die Art von Struktur, die flüchtig existieren könnte, wenn sich ein Material von einem Zustand zum nächsten verschiebt, aber keine, von der man erwarten würde, dass sie langfristig bestehen bleibt. Und doch zeigten die Forscher, dass dieser Superkristall unter warmen Raumtemperaturbedingungen überlebte.
Die Ergebnisse wurden am 18. März in der Zeitschrift Nature Materials veröffentlicht.
