Mittwoch, 18. März 2015

Verbotener Kristall: Forscher finden zweiten natürlichen Quasikristall in Meteoriten


Die Struktur des neu entdeckten natürlichen Quasikristalls aus dem Innern des Meteoriten unter dem Elektronenmikroskop. Der vergrößerte Bildausschnitt hat in Wirklichkeit einen Durchmesser von gerade einmal 0.2 μm. | Copyright: Paul Steinhardt et al.

Princeton (USA) - In einem rund 4,5 Milliarden alten Meteoriten haben US-Forscher einen "unmöglichen bzw. verbotenen Kristall" entdeckt. Es handelt sich erst um den zweiten bislang überhaupt bekannten natürlichen sogenannten Quasikristall, also um eine bis zur Entdeckung des ersten Exemplars (...wir berichteten) eigentlich für unmöglich gehaltene natürliche Kristallstruktur aus Metallatomen.

Wie die Wissenschaftler um Paul J. Steinhardt von der Princeton University aktuell im Fachjournal "Scientific Reports" (DOI: 10.1038/srep09111) berichten, bestehen natürliche Kristalle normalerweise aus einem symmetrischen Grundmuster. Bei Quasikristallen wechseln sich jedoch unterschiedliche mehrseitige Formen (etwa Fünf- und Sechsecke) ab wie sie, nach voriger Vorstellung, eigentlich in der Natur nicht vorkommen sollten: "Diese Strukturen sagen aber von sich selbst: Ich bin zwar kein Kristall, aber ich bin auch nicht zufällig", so Steinhardt.


Schon 2009 entdeckte das Team um Steinhardt den ersten natürlichen Quasikristall, eine aufgrund seiner Ikosaeder-Grundstruktur als "Icosahedrit" bezeichneten Struktur, im Innern eines Meteoriten, der 1979 auf der sibirischen Tschuktschen-Halbinsel gefunden wurde (...wir berichteten).


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Im selben Meteoriten haben die Forscher nun einen zweiten Quasikristall entdeckt, der nun einem zehneckigen Scheibchen-Stapel gleicht. Auch eine solche Struktur ist bei natürlichen Kristallen bislang unbekannt. Er besteht aus Nickel, Aluminium und Eisen - Metalle also, wie sie ebenfalls für gewöhnlich nicht gemeinsam in Kristallen vorkommen.

"Der Fund dieses zweiten natürlich vorkommenden Quasikristalls bestätigt, dass diese Materialien in der Natur entstehen und sogar über kosmische Zeiträume hinweg stabil bleiben können", kommentiert Steinhardt seine Entdeckung und vermutet auf dieser Grundlage, dass es noch weitere Varianten von natürlichen Quasikristallen gibt.

Diese sog. Pensrose-Parkettierung kann als zweidimensionale Darstellung der Struktur von Quasikristallen betrachtet werden, zeigt sie doch eine geordnete Symmetrie, ohne dass dabei ein Grundschema periodisch wiederholt werden muss. | Coypright: Inductiveload/Public Domain


Wahrscheinlich, so vermuten die Forscher, führten extreme Bedingungen beim Einschlag des Meteoriten zur Entstehung der Struktur: "Es müssen Temperaturen von 1.000 bis 1.200 Kelvin und ein hunderttausendfach höherer Druck vorherrschen, damit diese Strukturen entstehen", so Steinhardt. Allerdings reichen diese Umstände alleine nicht aus, um Quasikristalle zu erzeugen.


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In weiteren Untersuchungen der Strukturen wollen die Wissenschaftler nun dem Geheimnis der Quasikristalle weiter auf den Grund gehen und unter anderem herausfinden, ob die Bildung von Quasikristallen selten oder eher häufig ist. "Wenn wir wissen, wie Quasikristalle entstehen und ob sie auch in anderen Planetensystemen entstehen können, erfahren wir wahrscheinlich auch grundlegende Informationen über die Materialien, die wir in unserem Universum vorfinden", so der Wissenschaftler abschließend.

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