Ein zufallsbasierter Algorithmus kann neue Materialien mit bisher unbekannten Kristallstrukturen entdecken und so vielleicht Chemikern künftig die Arbeit erleichtern. Das schlussfolgern Forscher um Matthew Rosseinsky von der University of Liverpool in ihrer Studie in der Fachzeitschrift "Nature". Bislang sind Wissenschaftler bei der Suche nach neuartigen Materialien beispielsweise für Solarzellen oder Leuchtdioden auf langwierige "Trial-and-Error"-Experimente im Labor angewiesen. Auch wenn sie dabei zunehmend durch Computersimulationen unterstützt werden, die Aufbau oder Eigenschaften zu testender Materialien vorhersagen, bleibt das Problem, dass sich deren Prognosen bisher nur im Rahmen der bekannten Kristallstrukturen bewegen.

Anders der neue Algorithmus, den Rosseinsky und Kollegen entwickelten. Er wird zunächst mit verschiedenen bekannten Materialien gefüttert, die diejenigen Elemente enthalten, aus denen das neue Material zusammengesetzt sein soll – so genannte Module. Im zweiten Schritt setzt das Programm einen zufällig ausgewählten Teil der Module zu einer bekannten Struktur zusammen. Diese Startstruktur durchläuft danach eine Reihe von Vertauschungen, bei denen unter anderem die Reihenfolge der Module, die Module selbst und die Struktur vielfach variiert werden. Dadurch können auch Materialien mit neuartigen Kristallstrukturen entstehen. Anschließend ermittelt das Programm auf konventionellem Weg die Stabilität der Verbindungen. Das stabilste der so gefundenen Materialien ist dann ein Kandidat für die Synthese im Labor.

Die Forscher entdeckten auf diese Art und Weise zwei Phasen eines bis dato unbekannten Materials, zusammengesetzt aus Yttrium, Strontium, Kalzium, Gallium und Sauerstoff, dessen Kristallstruktur sich auch von den bisher bekannten unterscheidet. Beide Phasen sind attraktiv, da eine dem besten bekannten Ionenleiter ähnelt und die andere mit der Struktur des Perowskits verwandt ist, das in viel versprechenden experimentellen Solarzellen verwendet wird. Noch sind die neuen Materialien nicht optimiert, man könnte zum Beispiel das Yttrium durch Europium austauschen, was interessante optische und magnetische Fähigkeiten des Materials mit sich bringen würde.