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Physikalische Chemie: Extremhitze macht Gold hart statt weich

Wissenschaftlern um Ralph Ernstorfer vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching ist es erstmals gelungen, ein Metall tatsächlich härter zu machen, obwohl sie es extrem erhitzten. Trotz einer Temperaturzufuhr von einer Milliarde Million Grad Celsius pro Sekunde – das ist annähernd so viel wie im Inneren von Sternen – verdampfte das von ihnen eingesetzte Gold nicht, sondern es verstärkten sich dessen Atombindungen.

Der Schlüssel zum Erfolg war nach Angaben der Forscher die Geschwindigkeit, mit der sie das Gold erhitzten. Dies ging so schnell vonstatten, dass die Elektronen, die die vom Laserpuls eingebrachte Lichtenergie absorbierten, nicht mit den umgebenden Atomkernen kollidieren und dadurch Energie verlieren konnten. Im Durchschnitt befanden sich die Elektronen daher weiter weg von den Kernen und schirmten die positive Ladung von diesen somit schlechter ab: Die atomaren Bindungskräfte verstärkten sich.

Dies hängt mit Besonderheiten des Goldes zusammen: Es besteht aus Goldionen und schwach gebundenen Elektronen, welche die abstoßenden Kräfte zwischen den positiv geladenen Kernen abschirmen. Infolgedessen ziehen sich die Ionen an, und die ultrakurzen Laserpulse erhöhen diese Kräfte sogar noch. Das Kristallgitter wird stabiler, und der Schmelzpunkt erhöht sich – ein Effekt, der bislang nur theoretisch hervorgesagt worden war und den die Forscher nun erstmals konkret beobachteten. (dl)

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  • Quellen
Ernstorfer, R. et al.: The Formation of Warm Dense Matter: Experimental Evidence for Electronic Bond Hardening in Gold. In: Science 10.1126/science.1162697, 2009.

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