Gold ist anders

Nanopartikel aus Gold verhalten sich anders als winzige Partikel anderer Edelmetalle.

Partikel mit Durchmessern deutlich unter einem Mikrometer verhalten sich anders als größere, das ist bekannt. Aber erst kürzlich fanden Materialforscher heraus, dass Gold sich in Clustern aus wenigen Atomen deutlich anders verhält als seine Periodensystem-Nachbarn Silber, Kupfer, Palladium oder Platin. Während letztere eine kristalline Ordnung anstreben, bleibt Gold ohne erkennbare Struktur. Diese Ergebnisse dürften besonders für Katalyseforscher interessant sein. Immerhin lautet eine ihrer zentralen Fragen: Wie beeinflussen Kristallinität und Größe der oft eingesetzten Edelmetallpartikel Verlauf und Geschwindigkeit chemischer Reaktionen?

Berechnete Cluster aus jeweils 55 Atomen: Während Silber (links) einen regulären ikosaederförmigen Kristall bildet, verhält sich Gold eher konfus. (Quelle: Fraunhofer IWM)

Solche Ergebnisse produzieren Forscher heute verstärkt durch Simulationsrechnungen im Computer. Ein einzelnes Atom und sein Verhalten kann quantenmechanisch recht gut berechnet werden. Je größer jedoch ein Aggregat oder Molekül wird, desto mehr weichen die Voraussagen von den experimentellen Befunden ab. "Wir untersuchten Cluster aus 55 Atomen und konnten die amorphe Struktur photoelektronenspektroskopisch bestätigen", betont Mitautor Michael Moseler vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM. "Derzeit ist unsere Gruppe als einzige in der Lage, Cluster mit bis zu tausend Goldatomen verlässlich zu berechnen."

Aus dem gefundenen eigentümlichen Verhalten von Gold erwachsen womöglich Konsequenzen für die Mikroelektronik. Je kleiner die Schaltungen werden, desto dünner die Drähte, mit denen sie verbunden sind. Materialgrößen wie Festigkeit oder elektrische Leitfähigkeit sind jedoch nicht auf beliebig kleine Abmessungen extrapolierbar. Weitere Bereiche sind die Genetik und Proteinforschung. Hier werden Goldcluster oft genutzt, um Biomoleküle zu markieren. Art und Stärke der Bindung zu ihnen hängen jedoch auch davon ab, wie sich die Atome des kostbaren Metalls untereinander "vertragen".

Quelle: FHG

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Hannu Häkkinen, Michael Moseler, Oleg Kostko, Nina Morgner, Margarita Astruc Hoffmann, and Bernd v. Issendorff, Symmetry and Electronic Structure of Noble-Metal Nanoparticles and the Role of Relativity, Physical Review Letters 93, 093401 (2004).
  http://link.aps.org/abstract/PRL/v93/e093401
  http://arxiv.org/abs/cond-mat/0404184 (Preprint) 
• Fraunhofer Gesellschaft FHG:
  http://www.fraunhofer.de 
• Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM – Physikalische Modellierung:
  http://www.iwm.fraunhofer.de/arbeitsgebiet/lb/lbf_m.html 
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