Flüssiger Quasikristall mit zwölf Ecken

Quasikristalle sind Materialien mit einer besonderen Struktur: Sie haben zwar ähnlich wie normale Kristalle ein regel­mäßiges Muster. Bei Letzteren wiederholen sich die einzelnen Bauteile der Anordnung in gleichen Abständen immer wieder. Bei Quasi­kristallen dagegen passen die Bauteile nicht in einem solchen perio­dischen Muster zusammen. Durch diese besondere Struktur erhalten Quasi­kristalle besondere Eigen­schaften, die normale Kristalle nicht haben. Einen ungewöhn­lichen Quasi­kristall hat jetzt ein inter­natio­nales Forschungs­team unter Beteiligung der Uni Halle-Witten­berg gefunden: Er besteht aus einem zwölf­eckigen Waben­muster, das so noch nie beschrieben wurde. Bislang kannte man ähnliche Quasi­kristalle nur in fester, jedoch nicht in flüssiger Form.

Der neu entdeckte Quasikristall besteht aus mehreren Zwölfecken, die wiederum aus einer Mischung von drei­eckigen, quadra­tischen und erstmals auch aus trapez­förmigen Zellen aufgebaut sind. Diese wiederum entstehen aus der Selbst­anordnung von T-förmigen Molekülen. „Bei unserem Fund handelt es sich um einen perfekt geordneten flüssigen Quasikristall. So ein Material war bisher noch nicht bekannt“, sagt Carsten Tschierske von der Uni Halle-Wittenberg.

Mit seiner neuen Studie liefert das Team auch neue Erkenntnisse über die Entstehung dieser besonderen Strukturen. „Bisher wurde angenommen, dass die Stabilität von Quasi­kristallen auf einem Entropie­gewinn beruht, der infolge des Bruchs strenger perio­discher Parket­tierungs­regeln entsteht“, so Tschierske. „Unsere Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass die Stabilität von Quasikristallen in diesem Fall auf einer Energie­minimierung in der perfekten quasi­kristallinen Ordnung beruhen kann.“

Die potenziellen Anwendungen dieser neuen flüssigen Quasikristalle sind dem Forscher zufolge vielversprechend: Sie könnten in der Zukunft für die Herstellung von funktionalen selbst­organi­sierenden und selbst­heilenden Materialien verwendet werden. Insbesondere in der Optik und Elektronik könnten flüssige Quasi­kristalle Anwendung finden, da sie das Potenzial haben, neue Wege der Licht- und Ladungs­träger­mani­pu­lation zu eröffnen.

MLU / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  X. Zeng et al.: A columnar liquid quasicrystal with a honeycomb structure that consists of triangular, square and trapezoidal cells, Nat. Chem. 15, 625 (2023); DOI: 10.1038/s41557-023-01166-5
• Supramolecular Chemistry of Liquid Crystals (C. Tschierske), Institut für Chemie, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Weitere Infos

• Strukturen zweidimensionaler Quasikristalle (Pro-physik.de Nachrichten, 31. Januar 2023)
• M. Engel, J. Roth und H.-R. Trebin, Eine unmögliche Entdeckung, Dezember 2011, S. 31 PDF