Kristalline Schicht zwischen zwei Flüssigkeiten vermessen

Einige Flüssigkeiten lassen sich nicht miteinander vermischen, bekannte Beispiele dafür sind Wasser und Öl. Was an der Grenzschicht solcher Flüssigkeiten passiert, ist jedoch schwer zu beobachten und bisher wenig verstanden. Ein internationales Forscherteam fand nun eine geordnete Kristallschicht aus fünf Atomlagen zwischen Quecksilber und einer Salzlösung mit Fluor-, Brom- und Bleiionen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Zeitschrift „Proceedings of the National Academy of Science“.

Grafische Darstellung der Nanoschicht aus Fluor- (F), Brom- (Br) und Bleiatomen (Pb) an der Grenzfläche zwischen der Salzlösung (blau) und dem Quecksilber (grau).
Nanoschicht

Die Wissenschaftler um Annika Elsen von der Universität Kiel setzten ein neu entwickeltes Instrument ein, um die Grenzschicht zwischen den beiden Flüssigkeiten zu untersuchen. Das Gerät namens LISA (Liquid Interfaces Scattering Apparatus) durchleuchtet die Probe mit Röntgenstrahlen aus der Synchrotronquelle PETRA III am Forschungszentrum DESY. Dabei werden die Strahlen in der untersuchten Probe gebeugt. Anhand des Beugungsmusters können die Forscher dann Rückschlüsse auf die Struktur der Grenzschicht ziehen. Mit dieser Methode gelang es Elsen und ihren Kollegen erstmals, die Kristallbildung zwischen Quecksilber und einer Salzlösung auf atomarer Skala zu vermessen. In früheren Experimenten ließ man die kristalline Schicht zunächst wachsen und tauchte dann einen Träger in die Flüssigkeit, an dem die Kristallschicht haften blieb und untersucht werden konnte. Durch diesen Transfer kann sich die Struktur jedoch verändern.

Das Team um Elsen fand in den Proben nun eine Schicht mit geordneter Kristallstruktur, die dünner als ein Nanometer war. „Unsere Röntgendaten zeigen, dass diese Schicht aus einer Atomlage Fluor zwischen zwei Lagen Blei und zwei Bromlagen besteht“, erläutert Elsen. Solche Schichten auf atomarer Ebene zu verstehen, ist für die Grundlagenforschung ebenso spannend wie für die Anwendung. Es gibt bereits erste Verfahren, um an Grenzschichten in Flüssigkeiten kostengünstig Halbleiter herzustellen.