Dank eines neu entdeckten Effekts lässt sich erstmals eine entscheidende geometrische Eigenschaft von Stoffen gezielt steuern. Man kann einfach durch mechanische Kraft ein Material auf atomarer Ebene in sein Spiegelbild und wieder zurückverwandeln, berichtet eine Arbeitsgruppe in der Fachzeitschrift »Nature«. Der Fund ist überraschend, denn genau eine von zwei möglichen spiegelbildlichen Formen eines Stoffes zu erzeugen, ist oft sehr schwierig. Nun stellen Fachleute um Andrea Cavalleri vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie in Hamburg und Paolo Radelli von der University of Oxford den bisher unbekannten piezochiralen Effekt vor. Mithilfe des neuen Effekts kann man die Händigkeit eines Materials beliebig verändern. Demnach tritt er in vielen Stoffen auf und könnte völlig neue Sensoren, magnetische Bauteile oder chemische Katalysatoren ermöglichen.

Wenn sich ein Objekt von seinem Spiegelbild unterscheidet, bezeichnet man es als chiral – nach dem griechischen Wort »cheír« für Hand. Diese Chiralität ist entscheidend für das Leben selbst, dessen Bausteine meist genau eine von zwei Spiegelversionen sind, aber auch für Medizin, Chemie und spezielle magnetische Eigenschaften. Die Fachleute untersuchten in ihrer Studie das Material Silbergalliumsulfid (AgGaS₂), das eine Besonderheit hat. In ihm sind die Atome spiralförmig angeordnet. Die kleinste Struktureinheit des Kristalls besteht aus zwei solcher Spiralen, von denen eine linksdrehend, die andere rechtsdrehend ist. Ihre Händigkeit gleicht sich aus. Wie das Forschungsteam jedoch herausfand, ändert sich das, wenn eine Kraft auf das Material wirkt. Der Kristall verformt sich, und je nach Richtung der Kraft erlangt eine spiegelbildliche Form ein Übergewicht. Das wies die Gruppe anhand von Licht nach, das je nach Händigkeit von dem Material polarisiert wird, also selbst einen Drehsinn bekommt.

Dieser Effekt wirkt so lange, wie die Kraft wirkt – und wie stark sich die Händigkeit in eine Richtung entwickelt, hängt direkt von der Kraft ab. Der Effekt lässt sich also steuern. Damit unterscheidet er sich grundlegend von üblichen chiralen Stoffen, bei denen die Händigkeit bei der Herstellung – oft mit großem Aufwand – erzeugt wird und sich nicht mehr ändert. Damit macht der piezochirale Effekt erstmals diese bedeutsame geometrische Eigenschaft stufenlos einstellbar. Denkbare Anwendungen sind Sensoren, aber auch in Echtzeit steuerbare chemische Katalysatoren oder mechanoelektrische Bauteile. Hoffnung macht, dass der Effekt laut den Überlegungen des Teams um Cavalleri und Radelli in sehr vielen unterschiedlichen Materialien auftreten sollte. Bisher allerdings ist das Potenzial der Entdeckung sehr schwer einzuschätzen – auf die Idee, Chiralität in praktischen Prozessen steuern zu können, ist vermutlich bisher niemand gekommen.