30.01.2025

Antimon zeigt interessante Bindungsstruktur

Neue Erkenntnisse öffnen Möglichkeiten zum gezielten Design von Phasenwechselmaterialien.

Neue Erkenntnisse zur chemischen Bindung in Antimon könnten die Materialforschung nachhaltig beeinflussen. Wissenschaftler der Universität Leipzig, der RWTH Aachen und des DESY in Hamburg haben experimentelle Messungen mit theoretischen Berechnungen kombiniert. Die Ergebnisse helfen, das Verständnis von Phasenwechselmaterialien zu vertiefen und ihre Anwendung in Datenspeicherung und Thermoelektrik gezielt zu verbessern.

Abb.: Schematische Darstellung der Kristallstruktur von Antimon in seiner... — Abb.: Schematische Darstellung der Kristallstruktur von Antimon in seiner stabilen Alpha-Phase
Quelle: F. Zahn / U. Leipzig

Bei der Untersuchung wurden experimentelle Messungen mit theoretischen Berechnungen kombiniert, um die Art und Stärke der chemischen Bindung in Antimon zu analysieren. „Die Bindungsstärke hängt direkt vom Abstand der Atome ab“, sagt Claudia Schnohr vom Felix-Bloch-Institut für Festkörperphysik der Universität Leipzig. Der Vergleich mit anderen Materialien wie Metallen und Halbleitern zeige, dass diese Abstandsabhängigkeit charakteristisch für die Art der chemischen Bindung ist.

Besonders bemerkenswert ist der nachgewiesene fließende Übergang zwischen klassisch kovalenten Bindungen und elektronenreichen Mehrzentrenbindungen. Kovalente Bindungen treten zum Beispiel in Halbleitern wie Germanium auf. „Unsere Ergebnisse belegen, dass Antimon in seiner stabilen Phase Charakteristika beider Bindungstypen aufweist“, so Ko-Autor Oliver Oeckler vom Institut für Anorganische Chemie und Kristallographie der Universität Leipzig. Dies habe große Auswirkungen für das Verständnis von Phasenwechselmaterialien, die unter anderem in der Datenspeicherung und Thermoelektrik Anwendung finden.

„Wir haben Antimon als elementares Modellsystem für Phasenwechselmaterialien untersucht. Es hat eine ähnliche Struktur wie Germaniumtellurid, besteht aber nur aus einer Atomsorte“, erläutert Claudia Schnohr. Diese Eigenschaften erleichtern die Analyse und den Vergleich mit anderen Materialien, um deren Bindungseigenschaften besser zu verstehen.

Die Erkenntnisse könnten helfen, Materialeigenschaften gezielt zu optimieren. „Durch experimentelle oder theoretische Bestimmung der Kraftkonstanten lassen sich zukünftig neue Materialien gezielt designen“, so Schnohr. Besonders für Anwendungen in elektronischen Speichermedien und Thermoelektrika könnte dies von großem Nutzen sein.

U. Leipzig / DE