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Materialwissenschaft: Neue Phase von Gold entdeckt

Eigentlich dachten Wissenschaftler, Gold verharre stets in derselben atomaren Struktur. Ein neues Experiment belehrt sie nun eines Besseren.
Gold entsteht in SupernovaeLaden...

Materialwissenschaftler schätzen Gold nicht nur deshalb, weil es selten und wertvoll ist. Sie nutzen das Edelmetall auch zum Einstellen von Diamantpressen, mit denen sich Stoffe extrem stark zusammendrücken lassen. Gold gilt hier als gutes Referenzmaterial, da seine Atome selbst bei hohen äußeren Drücken in derselben Struktur angeordnet bleiben, es reagiert dadurch sehr vorhersehbar.

Doch das ist offenbar nur die halbe Wahrheit: Bei einer sehr flotten Kompression scheint Gold seine Kristallstruktur zu verändern, berichtet nun ein Team um Richard Briggs vom Livermore National Laboratory im Fachmagazin »Physical Review Letters«. Aus Sicht der Wissenschaftler handelt es sich dabei um einen bisher unbekannten Phasenübergang, den nur wenige theoretische Arbeiten vorhergesagt haben.

Phasen von GoldLaden...
Die drei Phasen von Gold | Neben den bekannten Zuständen fcc (kubisch flächenzentriert) und flüssig scheint es einen dritten Zustand zu geben: In dieser bcc-Struktur (kubisch raumzentriert) sind die Atome im Kristallgitter von festem Gold etwas loser angeordnet als in der fcc-Struktur.

Die Gruppe nutzte für ihr Experiment einen neuen Versuchsaufbau, bei dem eine Goldprobe von einem extrem starken Laserstrahl getroffen wird. Das erhitzt die Oberfläche sehr stark, wodurch eine Schockwelle das Material rasant zusammendrückt. Kurz darauf durchleuchtet ein Röntgenpuls die Probe und ermittelt so die Anordnung der Atome.

Bei einem Druck von rund 220 Millionen Erdatmosphären veränderte sich das Gitter des Festkörpers plötzlich: Ruhten die Atome bis dahin in der besonders dicht gepackten fcc-Kristallstruktur (face-centered cubic oder »kubisch flächenzentriert«), wechselten sie abrupt in die etwas losere bcc-Struktur (body-centered cubic oder »kubisch raumzentriert«). Weshalb es zu dieser kontraintuitiven Transformation kommt, ist den Forschern zufolge noch unklar. Fest steht nur, dass Gold bei diesen Drücken leicht schmelzen kann, wenn man es weiter erhitzt – ganz unabhängig von der Anordnung der Atome.

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