Neue Erkenntnisse zur Bindungsstruktur von Antimon mit Auswirkungen auf die Materialforschung
Die Erkenntnisse könnten helfen, Materialeigenschaften gezielt zu optimieren
Eine aktuelle Studie liefert neue Erkenntnisse zur chemischen Bindung im chemischen Element Antimon und könnte damit die Materialforschung nachhaltig beeinflussen. Durch die Zusammenarbeit von Wissenschaftler:innen der Universität Leipzig, der RWTH Aachen und dem Synchrotron DESY in Hamburg wurden 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. Sie wurden nun im Fachjournal "Advanced Materials" veröffentlicht.
Schematische Darstellung der Kristallstruktur von Antimon in seiner stabilen alpha-Phase.
Franziska Zahn, Universität Leipzig
In 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 Prof. Dr. Claudia S. 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 Prof. Dr. 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.
Antimon als Modell für Phasenwechselmaterialien
„Wir haben Antimon als elementares Modellsystem für Phasenwechselmaterialien untersucht. Es hat eine ähnliche Struktur wie Germaniumtellurid, besteht aber nur aus einer Atomsorte“, erläutert Prof. Dr. 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.
Originalveröffentlichung
Franziska Zahn, Jan Hempelmann, Christopher Benndorf, Hans H. Falk, Konrad Ritter, Sergiu Levcenko, Edmund Welter, Oliver Oeckler, Richard Dronskowski, Claudia S. Schnohr; "Experimental and Theoretical Force Constants as Meaningful Indicator for Interatomic Bonding Characteristics and the Specific Case of Elemental Antimony"; Advanced Materials, 2025-1-2
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