Neuer natürlicher Quasikristall entdeckt

Der Aufbau von natürlich vorkommenden Kristallen gehorcht strengen Gesetzen. Egal ob Kochsalz oder Eisen, grundsätzlich bilden sie periodisch aufgebaute Strukturen, die sich in vier Symmetrieklassen ordnen lassen. Doch Quasikristalle, 1982 erstmals vom israelischen Nobelpreisträger Daniel Shechtman im Labor erzeugt, brechen mit diesen Regeln und zeigen eine ungewöhnliche fünfzählige Symmetrie. Auch die Natur beherrscht das Kunststück, Quasikristalle zu bilden. So berichten nun Physiker aus Italien und den USA in der Fachzeitschrift „Scientific Reports“ über die dritte Variante eines Quasikristalls, den sie in einem Meteoriten aus den Koryak-Bergen auf der Kamtschatka-Halbinsel in Ostsibirien identifizieren konnten.

Poröse, unterschiedlich helle Strukturen in Bildmitte.
Natürlicher Quasikristall

„Die Struktur unserer Probe zeigt die fünfzählige Symmetrie eines Ikosaeders, vergleichbar mit dem Aufbau eines Fußballs“, 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 dem Khatyrka-Meteoriten. Dabei handelt es sich wie bei den beiden schon zuvor entdeckten Quasikristallvarianten um ein Material aus den Metallen Aluminium, Kupfer und Eisen. Die drei Varianten unterscheiden sich allerdings im Verhältnis der pro Kristalleinheit enthaltenen Metallatome.

Die Ikosaederstruktur identifizierten die Forscher mit mehreren Methoden. Neben Aufnahmen mit einem Rasterelektronenmikroskop nutzten sie Elektronen, die je nach Aufbau der Probe etwas anders gestreut wurden. Entstanden sind die Quasikristalle nach Annahme der Forscher allerdings nicht auf der Erde. 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 herrschte. Dabei wurde das Material wahrscheinlich kurz geschmolzen und erstarrte darauf in der Kälte des Alls schnell wieder in der ungewöhnlichen Quasikristall-Struktur.

Nicht nur der ungewöhnliche Aufbau mit fünf Symmetrieachsen zeichnet Quasikristalle, die den Horizont von Festkörperphysikern deutlich erweitern, aus. Auch für die Materialforschung sind sie, im Labor künstlich hergestellt, wegen ihrer überraschenden physikalischen Eigenschaften interessant. Beispielsweise nimmt die elektrische Leitfähigkeit der Quasikristalle mit steigender Temperatur zu statt ab. Diese Eigenschaft könnte in Zukunft neue Impulse für die Entwicklung spezieller elektronischer Bauteile liefern.