Designer-Kristalle in elektrischen Feldern gezüchtet

Modellsystem zur Herstellung neuartiger, optischer Geräte geeignet

Forschern der Universität von Utrecht ist es gelungen, mit einem neuartigen Verfahren aus mikroskopisch kleinen Kugeln Kristalle herzustellen. Dabei wurden die sich in einer Flüssigkeit befindenden Kugeln einem elektrischen Feld ausgesetzt. So konnte nicht nur bestimmt werden, in welchem Ausmaß sich die Kugeln abstoßen oder anziehen, sondern auch die Bildung unterschiedlich strukturierter Kristalle gestartet werden, schreiben die Forscher im Magazin Nature Materials. Das entwickelte Modellsystem könnte zur Herstellung neuartiger, optischer Geräte eingesetzt werden, vermuten die Wissenschaftler.

Die beiden Forscher Alfons van Blaaderen und Anand Yethiraj setzten im ersten Schritt ein organisches Lösungsmittel mit Kugeln aus dem Polymer Polymethylmethacrylat (PMMA) ein. Diese auch als Kolloide bezeichneten Kugeln hatten in etwa einen Durchmesser von ein bis zwei Mikrometern und waren mit einem Fluoreszenz-Farbstoff versetzt, um die Verteilung der Kunststoffkugeln in der Flüssigkeit mit einem Mikroskop bestimmen zu können.

Abhängig von den Bedingungen ordneten sich die Kugeln in würfelförmigen, geordneten Strukturen an (kubische Kristalle). Insbesondere die Anzahl der pro Milliliter Flüssigkeit gelösten Kugeln und der Salzgehalt der Lösung bestimmten diese für die Forscher wenig überraschende Kristallbildung. Um herauszufinden, ob sich die Kolloide über die einfach aufgebauten kubischen Kristalle hinaus auch zu komplizierten Strukturen zusammenfügen, brachten die Forscher ein elektrisches Feld an. Die Kugeln wurden so nicht nur elektrisch polarisiert, zwischen den Kugeln bildete sich je nach Richtung und Stärke des äußeren Feldes eine zusätzliche anziehende oder abstoßende Kraft. Wurde diese Kraft mit der durch die geladenen Oberflächen der Kugeln verursachten Abstoßung ausbalanciert, entstanden Kristallstrukturen aus pyramiden- oder prismenförmigen Elementen (in der Fachsprache tetragonale und rhombische Kristalle).