Quasikristalle brechen mit den klassischen Regeln der Kristallographie, da sie keine Translationssymmetrie aufweisen. Anders als Salze oder reine Metalle bildet ihre Ikosaeder-Struktur eine fünfzählige Symmetrie. Wurden die meisten Quasikristalle bisher im Labor synthetisch hergestellt, entdeckten nun italienische und amerikanische Physiker eine dritte Variante eines natürlichen Quasikristalls im Khatyrka-Meteoriten aus den Karyak-Bergen auf der ostsibirischen Kamschatka-Halbinsel. Gingen den früheren Funden natürlicher Quasikristalle identische Zwillinge aus dem Labor voraus, ist der nun entdeckte Quasikristall bislang einzigartig.
Abb.: Elektronenbeugung-Aufnahme einer Mineralprobe mit der neuen Variante von Quasikristallen (blumenförmige Strukturen; Bild: P.J. Steinhardt et al., Princeton Univ.)
„Die Ikosaeder-Struktur, vergleichbar mit der Symmetrie eines Fußballs, konnten wir mit detaillierten Elektronenbeugungs-Experimenten nachweisen“, sagt Paul J. Steinhardt von der Princeton University. Gemeinsam mit Luca Bindi von der Università di Firenze und weiteren Kollegen entdeckte er den neuen Quasikristall in einer nur knapp einen halben Millimeter kleinen Probe vom Khatyrka-Meteoriten. Dabei handelt es sich wie bei den beiden schon zuvor entdeckten Quasikristallvarianten um ein Material aus den Metallen Aluminium, Kupfer und Eisen mit der genauen Zusammensetzung Al62.0(8)Cu31.2(8)Fe6.8(4). Damit unterscheidet sich diese Variante zum ersten entdeckten Quasikristall (Al63Cu24Fe13) im Verhältnis der pro Kristalleinheit enthaltenen Metallatome.
Dieser neue Fund stützt nach Annahme der Forscher die Annahme, dass die Quasikristalle wahrscheinlich nicht auf Erde entstanden sind. Steinhardt und Kollegen vermuten, dass bei einer Kollision von Meteoriten im Weltraum für kurze Zeit ein enormer Druck von bis zu fünf Gigapascal bei etwa 1200 Grad Celsius aufgebaut wurde. Dabei konnte das Material wahrscheinlich kurz aufschmelzen und in der Kälte des Alls schnell wieder erstarren, um dabei die ungewöhnliche Quasikristall-Struktur zu stabilisieren.
Abb.: Detailanalysen der Elektronenbeugungs-Aufnahmen offenbaren eine fünfzählige Ikosaeder-Struktur der Quasikristalle. (Bild: P.J. Steinhardt et al., Princeton Univ.)
Quasikristalle wurden erstmals in den frühen 1980er Jahren vom israelischen Wissenschaftler Daniel Shechtman mit einer Aluminium-Mangan-Legierung synthetisiert. Anfangs umstritten, wurde Shechtman für seine Arbeiten 2011 mit dem Chemie-Nobelpreis ausgezeichnet. Heute spielen Quasikristalle mit ihrer aperiodischen Struktur nicht nur in der Grundlagenforschung eine wichtige Rolle. Auch für Materialwissenschaftler sind sie – im Labor künstlich hergestellt – wegen ihrer überraschenden physikalischen Eigenschaften interessant. So können Zusätze von Quasikristallen zu sehr festen Spezialstählen führen. An weiteren Anwendungen in Katalysatoren oder für extrem widerstandfähige Beschichtungen wird geforscht.
Jan Oliver Löfken
DE
