18.07.2018

Schön und praktisch

Neues Material zeigt ästhetische Kristallstruktur und nichtlineares optisches Verhalten.

Festkörperchemiker der Universität Augsburg haben gemeinsam mit Kollegen aus Frankfurt am Main und Houston, Texas, den Stoff TFB vorgestellt – ein völlig neues Material, das Infrarotstrahlung in sichtbares Licht verwandelt und noch mehr kann. TFB steht für Zinn­fluoro­oxoborat bzw. Sn[B2O3F2]. Die Herstellung dieses neuen Materials gelang einem von dem Augsburger Chemiker Henning Höppe geleiteten Forscher­team durch die geschickte Reaktion zweier groß­technisch verfügbarer Chemikalien: Bor­oxid und Zinn­fluorid.

Abb.: In TFB verbinden sich Tetraeder aus Bor, Sauerstoff (rot) und Fluor (grün) zu unendlichen Schichten; die grau gezeichneten Zinn­atome sorgen für die perfekte Ausrichtung der Schichten. (Bild: U. Augsburg)

Höppes Festkörperchemie-Arbeitsgruppe erforscht am Institut für Physik der Universität Augsburg Fluoro­oxoborate. Das sind Verbindungen, die strukturell den zu Tausenden natürlich vorkommenden Silikaten ähneln. Silikate wie Quarz oder Glimmer nehmen einen Anteil von über neunzig Prozent an der Erd­rinde ein und kommen in vielfältigen Strukturen vor. Chemisch unterscheiden sich die in Augsburg untersuchten Verbindungen allerdings deutlich von den strukturell ähnlichen Silikaten: Während letztere allesamt unter anderem Silizium und Sauer­stoff enthalten, enthalten Fluoro­oxoborate Fluor, Sauer­stoff und Bor.

„Die wissenschaftliche Bedeutung der aktuellen Ergebnisse unserer Forschung zu Fluoro­oxo­boraten liegt in der völlig außer­gewöhnlichen Kristall­struktur des von uns gezielt hergestellten TFB", erläutert Höppe. TFB enthält – wie gängige Silikate – ausschließlich Tetra­eder als zu ebenen Schichten verbundene Baueinheiten, wobei alle Tetra­eder­spitzen genau in dieselbe Richtung zeigen. „Diese ausgesprochen ästhetische Kristall­struktur ist sehr ungewöhnlich. Wir ahnten, dass solch perfekte Schichten herstellbar sein müssten. Und wir dachten", so Höppe, "mit Zinn könnte es funktionieren – und es hat funktioniert!“

Die Kristallstrukturen von Fluoro­oxoboraten, deren Bildung dank reiner Grund­lagen­forschung jetzt also verstanden werden kann, sind unter Anwendungs­gesichts­punkten hoch­relevant. Sie verfügen nämlich über besondere nichtlineare optische Eigenschaften, zu denen unter anderem die Frequenz­verdopplung zählt – will heißen: Wird ein solches Material mit hoher Intensität bestrahlt, entsteht Strahlung mit verdoppelter Frequenz und dementsprechend halbierter Wellen­länge. Infrarot­strahlung wird so zu grünem Licht, wie man es etwa vom Laserpointer kennt.

„Unser TFB kann aber noch mehr", betont Höppe: „Denn mit diesem gezielt herstellbaren Material lässt sich auch hoch­energetisches UV-Licht für spezielle optische Anwendungen erzeugen – etwa für die Foto­litho­grafie in der Halbleiter­technik, für ein derzeit weltweit hoch­aktuelles Arbeits­gebiet also."

U. Augsburg / DE

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