Quasikristall in „versteinertem Blitz“ gefunden

Ein Quasikristall, der wahrscheinlich durch eine starke elektrische Entladung durch eine Sanddüne gebildet wurde, wurde von Forschern in den USA und Italien gefunden. Das Team, angeführt von Paul Steinhardt an der Princeton University, hofft, dass ihre Entdeckung zur Entwicklung neuer Techniken zur Herstellung künstlicher Quasikristalle führen und Wissenschaftlern helfen könnte, andere natürlich vorkommende Proben zu finden.

Quasikristalle sind feste Materialien mit atomaren Strukturen, die eine Fernordnung aufweisen, denen jedoch die Translationssymmetrie fehlt, die in regulären Kristallen zu finden ist. Stattdessen weisen sie nur Rotationssymmetrie auf, und diese merkwürdige Anordnung verleiht Quasikristallen eine Reihe exotischer mechanischer, elektrischer und optischer Eigenschaften. Einst für unmöglich gehalten, Quasikristalle wurden erstmals 1982 identifiziert und seitdem wurden verschiedene Techniken zur Synthese dieser Materialien entwickelt – einschließlich Dampfabscheidung und langsames Abschrecken flüssiger Zustände.

In der Natur sind die zur Erzeugung von Quasikristallen erforderlichen Bedingungen jedoch äußerst selten, und die erste natürlich vorkommende Probe wurde 2009 von Steinhardt und Kollegen identifiziert. Was folgte, war eine Expedition nach Sibirien unter der Leitung von Steinhardt, suchte nach der Quelle dieser Probe und bestätigte, dass sie Teil eines Meteoriten war.

„Fossiler Blitz“

Nachdem festgestellt wurde, dass Quasikristalle in der Natur vorkommen, begann das Rennen, um neue Beispiele zu finden. Jetzt haben Steinhardt und Kollegen eine neue Art von Quasikristall in einer Fulguritprobe entdeckt. Fulgurite, auch „versteinerte Blitze“ genannt, sind Röhren aus verschmolzenem Material, die entstehen, wenn ein großer elektrischer Strom durch Sand fließt. Ihre Probe stammt aus den Sand Hills im Norden von Nebraska und wurde in der Nähe einer heruntergefahrenen Stromleitung entdeckt, die Metallspuren in die Probe einbrachte.

Mit der chemischen Zusammensetzung Mn_72.3Si_15.6Cr_9.7Al_1.8Ni_0.6war der Quasikristall in einem millimetergroßen Korn eingeschlossen im Fulgurit. Dort koexistierte der Quasikristall mit einem konventionelleren kubischen Gitter. Der Quasikristall hat Atomlagen in gleichem Abstand, jede mit einer 12-fachen Rotationssymmetrie – etwas, das in gewöhnlichen Kristallen mit Translationssymmetrie unmöglich ist.

Quasikristallines Bose-Einstein-Kondensat gibt einen Einblick in die Physik in höheren Dimensionen

Durch die Untersuchung der Probe konnten Steinhardt und Kollegen Hinweise auf ihre Entstehung zusammenstellen. Sie glauben, dass sich der Quasikristall wahrscheinlich während einer starken elektrischen Entladung durch Sand gebildet hat. Dies könnte das Ergebnis einer Stromunterbrechung, eines Blitzeinschlags oder einer Kombination aus beidem gewesen sein. Unabhängig von ihrer Quelle hätte die Entladung extreme Temperaturen von mehr als 1710 °C erzeugt. Dies, so sagen sie, hätte Bedingungen geschaffen, die für die Bildung eines Quasikristalls in der Region zwischen Spuren der Aluminiumlegierung von der Stromleitung und dem Quarzglas aus dem Sand erforderlich sind.

Steinhardts Team hofft, dass seine Entdeckung zu neuen Techniken für die Quasikristallsynthese durch kontrollierte elektrische Entladungen im Labor führen könnte. Dies könnte es Forschern ermöglichen, exotische neue Eigenschaften zu entwickeln, und ihnen sogar dabei helfen, Orte besser zu identifizieren, an denen natürliche Quasikristalle gefunden werden können, sowohl auf der Erde als auch im Weltraum.

Die Forschung ist beschrieben in Proceedings of the National Academy of Sciences.

• Paul Steinhardt beschreibt in seinem Buch seine Reise nach Sibirien auf der Suche nach Quasikristallen Die zweite Art des Unmöglichen: die außergewöhnliche Suche nach einer neuen Form der Materie, welches war eingesehen Physik-Welt.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/quasicrystal-found-in-fossilized-lightning/