Superharter Bor-Kristall. Der Kristallograph Artem Oganov hat während seiner Zeit am Departement Materialwissenschaft der ETH Zürich eine Methode entwickelt, die Strukturen chemischer Elemente mit Hilfe von Computersimulationen vorherzubestimmen.

Seine Berechnungen zeigten: Bei einem Druck zwischen 19 und 89 Gigapascal bilden die Bor-Atome zwei unterschiedliche Formen, sog. Nanocluster. Einerseits formen sich Ikosaeder aus zwölf Atomen, andererseits Hanteln aus zwei Atomen. Die beiden Nanocluster sind im Kristall angeordnet wie beispielsweise die Natrium- und Chloratome im Kochsalz.

Weitere Experimente zeigten, dass es sich bei der neuen Struktur um einen superharten Kristall handelt. Zudem entdeckten Theoretiker eine außergewöhnliche Eigenschaft des Materials: Das Element im Kristall ist ionisiert, die Ladungen sind also ungleich zwischen den Atomen verteilt.

Nach Lehrbuch dürfte eine Ionisierung nur zwischen zwei unterschiedlichen Elementen vorkommen, etwa zwischen Natrium und Chlorid im Kochsalz. In der neu entdeckten Bor-Struktur findet die Ionisierung jedoch zwischen den zwei Arten von Nanoclustern desselben Elements statt. O

ganov und seine Kollegen berechneten weiter, dass auch andere Elemente – etwa gewisse Kohlenstoffstrukturen – ionische Zustände einnehmen könnten. Oganov, der nun Professor an der Stony Brook University in den USA ist, erwartet, dass früher oder später Anwendungen auf Basis ionischer Elemente entwickelt werden.

Denn die Eigenschaften eines Elements ändern sich, wenn es ionisch wird, es kann z.B. Infrarotabsorbierend werden. So wäre ein Material denkbar, das nur teilweise absorbierend ist oder dessen Absorbtionsfähigkeit von der Temperatur abhängt. Zudem könnten sich interessante Effekte im Zusammenhang mit Supraleitung ergeben.

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