Von bekannten Körnern Speisesalz bis hin zu funkelnden Diamanten verläuft die Kristallbildung nicht immer auf einem einfachen und vorhersehbaren Weg.

Forschern der New York University (NYU) ist es in einer soeben in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Studie gelungen, diese überraschende Entwicklung von einer zunächst amorphen Materiemasse zu hochgeordneten Strukturen zu dokumentieren.

Insbesondere entdeckten sie bei der Erforschung des Geheimnisses der Kristallisation zufällig einen einzigartigen Typ stabförmiger Kristalle mit einer hohlen Struktur im Inneren, die vorher nicht bekannt war, und nannten sie „Zangenit“ zu Ehren des Doktoranden, der diesen Kristall entdeckt hatte.

Um die Geheimnisse der Anordnung von Teilchen zu perfekten Kristallgittern zu lüften, fällt es Wissenschaftlern oft schwer, winzige Atome direkt zu beobachten.

Das NYU-Team verwendete eine geniale Methode: die Herstellung von Kristallen aus kolloidalen Partikeln. Diese Partikel sind klein, aber groß genug, um unter dem Mikroskop im Detail beobachtet zu werden. „Der Vorteil besteht darin, dass wir den Kristallisationsprozess auf der Ebene einzelner Partikel verfolgen können“, sagte Chemieprofessor Stefano Sacanna, der den experimentellen Teil leitete.

Durch die Kombination sorgfältiger Experimente mit Tausenden komplexer Computersimulationen unter der Leitung von Assistenzprofessor Glen Hocky entschlüsselte das Team einen zweistufigen Kristallbildungsmechanismus.

Anstatt dass sich die Partikel sofort an einer festen Position absetzen, verklumpen sie normalerweise zunächst zu einer amorphen „Menge“, die dann einen Umordnungsprozess durchläuft, um die endgültige geordnete Kristallstruktur zu bilden. Dieser zweistufige Prozess führt zu der Vielfalt der beobachteten Kristallformen und -arten.

Bei der Durchführung von Experimenten zur Verfolgung dieses zweistufigen Mechanismus entdeckte der Doktorand Shihao Zang zufällig einen seltsam aussehenden stabförmigen Kristall.

Bei näherer Betrachtung unter dem Mikroskop stellte er fest, dass der Kristall nicht nur eine ausgeprägte Kornanordnung aufwies, sondern auch über seine gesamte Länge verliefen – ein höchst ungewöhnliches Merkmal für einen normalerweise kompakten Kristall.

Nachdem er eine Datenbank mit über tausend natürlichen Kristallstrukturen durchsucht hatte, ohne eine Entsprechung zu finden, wandte sich Zang Hockys Computermodell zu. Simulationen bestätigten, dass es sich tatsächlich um eine völlig neue Kristallstruktur handelte.

„Wir waren überrascht, weil diese Struktur noch nie zuvor beobachtet worden war“, erzählte Professor Sacanna.

Der neue Kristall erhielt den wissenschaftlichen Namen L3S4, doch im Laufe der Labordiskussionen entstand der Name „Zangenit“, der in Anerkennung der Arbeit von Shihao Zang beibehalten wurde.

„Wir haben kolloidale Kristalle verwendet, um die reale Welt zu simulieren, aber unerwarteterweise einen Kristall gefunden, den es in der Natur nicht gibt“, drückte Zang seine Überraschung aus.

Die Entdeckung des Zangenit ist nicht nur eine spannende wissenschaftliche Entdeckung, sondern eröffnet auch neue Wege. Seine einzigartige Hohlstruktur lässt auf mögliche Anwendungen in den Bereichen Filtration, Speicherung oder Kapselung anderer Materialien schließen.

Darüber hinaus lässt es darauf schließen, dass möglicherweise noch viele weitere neuartige Kristallarten darauf warten, entdeckt zu werden. Ein tieferes Verständnis dieses komplexen Kristallisationsprozesses spielt auch bei der Entwicklung und Herstellung fortschrittlicher Materialien in der Zukunft eine wichtige Rolle, insbesondere bei photonischen Materialien, die in der Lasertechnologie, optischen Kabeln und der Solarenergie verwendet werden./.

Quelle: https://www.vietnamplus.vn/phat-hien-loai-tinh-the-moi-he-lo-tiem-nang-ung-dung-lon-post1036086.vnp