Chemiker richten weiche Quasikristalle über Millimeter aus

Moleküle können sich selbst zu geordneten Mustern anordnen, ohne dass jemand jedes Teilchen platziert. Weiche Quasikristalle gehören zu den merkwürdigsten Ergebnissen dieses Prozesses: Ihre Muster wiederholen sich nie so, wie es bei einem herkömmlichen Kristall der Fall ist. Sie mit einer einheitlichen Ausrichtung über eine große Fläche herzustellen, ist nach wie vor eine große Herausforderung.

An der National Taiwan University begann das Team um Mayumi Egashira und Chien-Lung Wang mit einer Frage nach den Wegen. Sie stellten fest, dass dieselben Moleküle je nach Temperatur und molekularen Wechselwirkungen unterschiedliche Anordnungswege einschlagen können. Indem sie verfolgten, wie sich die Strukturen im Lauf der Zeit veränderten, beobachteten sie, wie ein zunächst gebildeter 12-zähliger Quasikristall sich nach und nach in andere geordnete Strukturen verwandelte, jeweils unter anderen Bedingungen. Die endgültige Struktur hängt davon ab, wie sich die Moleküle auf dem Weg dorthin neu ordnen.

Aus dieser Beobachtung entwickelten die Forscher ein Verfahren, das sie dampfinduzierte Selbstorganisation nennen, kurz VISA. Ziel war es, einen Weg zu erreichen, der normalerweise schwer zugänglich ist: eine umgekehrte Umwandlung zurück zum Quasikristall. Durch eine sorgfältig gesteuerte Dampfbehandlung und Abkühlung lenkten sie die Moleküle auf diesem Weg, was es ihnen erlaubte, stark ausgerichtete Quasikristalle zu bilden und konkurrierende Ausrichtungen zu unterdrücken. Das Ergebnis ist ein weicher Quasikristall, der sich über Bereiche im Millimetermaßstab erstreckt, wobei sein 12-zähliges Muster im gesamten Material gleichmäßig ausgerichtet ist.

Verändert wird vor allem die Art, wie Forscher das Problem betrachten. Wangs Team argumentiert, dass die Steuerung des Anordnungswegs und nicht nur der Endstruktur den Zugang zu geordneten Materialien eröffnet, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer herzustellen sind. Die Studie nennt keinen praktischen Nutzen für diese Materialien und gibt keinen Zeitplan dafür an, wie es über das Labor hinausgehen soll. Das berichtete Ergebnis ist eine Laborvorführung eines einzigen Materialmusters; der Gewinn für Materialchemiker ist daher eine Methode zum Testen, kein Produkt zum Kaufen.

Vorerst gehört der Fortschritt vor allem jenen, die weiche Materialien entwerfen und große Flächen mit gleichmäßiger molekularer Ordnung brauchen. Ob das VISA-Verfahren auch bei anderen Molekülen oder in größerem Maßstab funktioniert, wird im Bericht zur Studie nicht behandelt; das ist der nächste Punkt, den es zu beobachten gilt.