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05.10.11 Nobelpreis für Entdeckung von Quasikristallen
Nobelpreis Chemie 2011 für Entdeckung von Quasikristallen
Atome oder Moleküle in Quasikristallen sind nur scheinbar in einer regelmäßigen Struktur angeordnet
Abb. 1: Polyhedrische Anordnung (a) in einem Ca-Cd-Kristall gefolgt
von einem icosahedrischen Quasikristall (b)
Quelle: C. Pay-Gomez, S. Lidin, Angew. Chem. 2001, 40, 4037-4039.
Quasikristalle spiegeln die faszinierenden Mosaike der Arabischen Welt mit ihren regelmässigen Mustern, die sich aber nie wiederholen, auf der Ebene der Atome wieder. Solche Kristalle, wie sie von Daniel Shechtman entdeckt wurden, galten lange Zeit als unmöglich. Somit musste Shechtman einen langen Kampf gegen die etablierte Wissenschaft antreten. Der Nobelpreis für Chemie 2011 zeugt für die fundamentale Änderung, wie Chemiker mittlerweile feste Materialien begreifen.
Am Morgen des 8. April 1982 zeichnet sich in Shechtmans Elektronen-Mikroskop ein Bild ab, das den Gesetzen der Natur widerspricht. Bis dato sollen Festkörper durch und durch in symmetrischen Mustern organisiert sein, die sich wiederholen. Diese Wiederholungen wären nötig, um einen Kristall zu erhalten.
Shechtmans Bild aber zeigte, dass die Atome seines Kristalls in einem Muster angeordnet waren, das sich nicht wiederholte. Ein solches Muster wäre nach damals gängiger Meinung etwa vergleichbar mit dem Aufbau eines Fussballs aus lediglich Sechsecken... Seine Entdeckung wurde kontrovers diskutiert und man hat in sogar gebeten, die Forschungsgruppe zu verlassen. Aber sein Kampf hat schliesslich dazu geführt, dass die Wissenschaftler ihre Konzepte für Festkörper überdenken mussten.
Aperiodische Muster, wie in den Mosaiken im Alhambra-Palast zu sehen, können helfen zu verstehen, wie Atome in Quasikristallen angeordnet sind. In solchen Mosaiken folgen die Muster durchaus mathematischen Regeln, so dass die Muster regelmässig erscheinen, auch wenn sie sich nicht wiederholen.
Immer wenn Wissenschaftler Shechtmans Quasikristalle beschreiben, müssen sie Konzepte der Mathematik und Kunst - wie den Goldenen Schnitt - zu Hilfe nehmen. Der Goldene Schnitt war bereits im Fokus altgriechischer Mathematiker, da er oftmals in geometrischen Beschreibungen genutzt wird. In Quasikristallen hat das Verhältnis von Atomabständen einen Bezug zum Goldenen Schnitt.
Nach Shechtmans Endteckung haben Wissenschaftler weltweit Quasikristalle im Labor gezüchtet und sogar natürlich vorkommende Quasikristalle in Proben aus einem russischen Fluss entdeckt. Quasikristalle wurden aber auch in Stahl entdeckt. Mittlerweile werden Materialien aus Quasikristallen in Bratpfannen und Dieselmotoren verwendet.
Quelle:
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Nobelpreis für Entdeckung von Quasikristallen
(URL: https://www.organische-chemie.ch/chemie/2011/okt/nobelpreis-2011.shtm)
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