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Mineralogie

Erster natürlicher Quasikristall gefunden

Die Mineralogie könnte vor einer revolutionären Erweiterung stehen: Erstmals haben Geowissenschaftler in natürlichem Gestein einen Quasikristall entdeckt – bislang kannte man diese Festkörper nur aus dem Labor, wo sie unter kontrollierten Bedingungen erzeugt wurden.

Diffraktionsmuster des Quasikristalls
Diffraktionsmuster des Quasikristalls | Die fünf-, drei- und zweizähligen Symmetrieachsen (von oben) belegen, dass es sich um einen Quasikristall handeln muss.
Luca Bindi von der Università degli Studi in Florenz und seine Kollegen haben den neuen Kristall, der eine Art Legierung aus Eisen, Kupfer und Aluminium ist, mit Hilfe von Elektronenmikroskopen und Röntgendiffraktion entdeckt. Die mikrometergroßen Körner waren eingebettet in kristallinen Khatyrkiten und Cupaliten aus dem Koryak-Gebirge in Russland – beides sehr seltene Minerale aus der Mineralklasse der Elemente und ebenfalls reich an Kupfer und Eisen sowie Zink.

Nach der gängigen Theorie der Kristallografie besitzen natürliche Kristalle eine typische Anordnung ihrer Atome, die als zwei-, drei-, vier- und sechszählige Symmetrieachsen im Kristallgitter vorliegen können, alle anderen Ausrichtungen sind eigentlich nicht erlaubt. Im Labor ließen sich allerdings die so genannten Quasikristalle herstellen, die auch fünf-, sieben- oder zigzählige Symmetrieachsen zulassen – etwa 100 verschiedene Exemplare hat man bis heute erzeugt: Die Atome ordnen sich in ihnen in einer scheinbar regelmäßigen, tatsächlich jedoch aperiodischen Struktur an.

Gestein mit Quasikristall
Gestein mit Quasikristall | In dieser Gesteinsprobe entdeckten die Forscher den Quasikristall. Die helleren Bereiche bestehen aus den Mineralen Augit, Olivin und Spinell, die dunkleren aus Khatyrkit und Cupalit – letztere trugen den Quasikristall.
Doch dies gilt nun auch für die von Bindis Team untersuchte Probe: einen Ikosaeder mit insgesamt sechs verschiedenen fünfzähligen Symmetrieachsen. Die chemische Zusammensetzung des Kristalls Al65Cu20Fe15 entspricht dabei fast exakt jener, die in den Labors häufig verwendet wurde, um Quasikristalle zu erzeugen. Experimentell bleibt sie unter normalem äußeren Druck und im Temperaturbereich zwischen 500 und 870 Grad Celsius stabil, doch noch wissen die Forscher nicht, wie der natürliche Quasikristall geologisch entstand und wie er auf höhere Drücke und Temperaturen reagiert. (dl)
23. Woche 2009

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 23. Woche 2009

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  • Quellen
Bindi, L. et al.: Natural Quasicrystals. In: Science 324, S. 1306–1309, 2009.

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