Chemische Bindungen maßschneidern
Gezielte Identifizierung von Festkörpern, die ihre Eigenschaften bei der Kristallisation drastisch ändern
Festkörper können in zwei strukturell sehr unterschiedlichen Phasen vorliegen: der Kristall- und der Glasphase. Während die Nahordnung der Atome in beiden Phasen im Allgemeinen sehr ähnlich ist, besitzen nur die Atome des Kristalls eine Fernordnung. Die Ähnlichkeit der Nahordnung wird dabei der Ähnlichkeit der chemischen Bindung zwischen den Atomen in beiden Phasen zugeschrieben. In der Veröffentlichung „Tailoring chemical bonds to design unconventional glasses“ beschreiben Professor Matthias Wuttig, I. Physikalisches Institut der RWTH und JARA-Institut Green IT am Forschungszentrum Jülich, sowie Carl-Friedrich Schön vom I. Physikalischen Institut der RWTH Aachen mit Forschenden aus Mailand, Lüttich und Marseille ihren Ansatz für das Design von chemischen Bindungen und damit den Eigenschaften funktionaler Materialien.
Schön und Wuttig konnten zwei Arten von Festkörpern unterscheiden. Solche, in denen Kristall und Glas die gleiche chemische Bindung zeigen, und solche, in denen die chemische Bindung sich in beiden Phasen signifikant unterscheidet. Deshalb besitzen letztere Materialien auch eine deutlich andere Nahordnung der Atome und somit andere Eigenschaften als in der kristallinen Phase. Dieses Verhalten zeigen nur Materialien, deren Kristalle die sogenannte metavalente Bindung ausbildet. Mithilfe quantenmechanischer Rechnungen können die Physiker eine „Schatzkarte“ zeichnen, mit der diese speziellen Materialien identifiziert werden können. Damit können nun gezielt Festkörper identifiziert werden, die bei der Kristallisation ihre Eigenschaften drastisch ändern. Die Arbeit der Aachener Physiker ist im renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)“ erschienen.
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