Wissenschaftler haben durch Zufall ein Material entdeckt, dass sich perfekt als Basis für die Konstruktion von Nanobausteinen eignet. Die einfach und billig herzustellende Keramik kann sich spontan in zwei strukturell verschiedene Phasen teilen und daher als individuell einstellbare „Schablone“ für Nanooberflächen oder andere Konstrukte dienen.
Die zukünftige praktische Anwendung der Nanotechnologie hängt sehr stark davon ab, wie gut es den Forschern gelingt, einfache Methoden zu finden, mit denen sich Atome und Moleküle gezielt zu den gewünschten Strukturen zusammensetzen lassen. Jetzt haben Ingenieure an der Universität von Pennsylvania ein Material entdeckt, das sich ideal als Basis für solche Reaktionen eignet. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature Materials“ berichten, wurden sie erst durch einen ungewöhnlichen Beugungseffekt bei einem keramischen Material auf die Substanz aufmerksam.
Schachbrett wechselt mit Diamantmuster
Die leitfähige Keramik, ein so genanntes Perovskit, zeigte unter dem Elektronenmikroskop ein auffälliges, aus zwei Phasen bestehendes Muster an seiner Oberfläche: ein Schachbrettmuster im Nanomaßstab wechselte sich mit einer diamantförmigen Struktur ab. Diese Struktur deutet auf eine periodisch auftretende interne Aufspaltung des Materials in zwei Phasen hin, eine Eigenschaft, die es als Basis für nanotechnologische Konstruktionen besonderes geeignet macht – insbesondere auch deshalb, weil dieses Standardmaterial durch leicht zu reproduzierende Methoden hergestellt werden kann.
Weitere Untersuchungen ergaben, dass die beiden Phasen im Material dadurch entstanden, dass sich Lithium- reiche Quadrate mit Lithium-armen Streifen abwechselten. Indem die Wissenschaftler den Lithium und Neodymium-Gehalt des Materials veränderten konnten sie die Länge und die Abstände der beiden sich abwechselnden Phasen beeinflussen und so der Nano-„Werkbank“ damit gezielt die Eigenschaften verleihen, die für die Konstruktion jeweils verschiedener Nanostrukturen benötigt werden.
Großes Potenzial keramischer Standardmethoden
Doch auch abseits der Nanowelt liefert diese Entdeckung wertvolle neue Einblicke in die Eigenschaften eines der heute am häufigsten eingesetzten Oxid-Materialien bei Halbleitern, ferroelektrischen Leitern oder magnetoresistiven Sensoren. „Diese Studie repräsentiert das große Potenzial von keramischen Standardmethoden für die Nanotechologie“, erklärt Peter K. Davies, Leiter der Materialforschung an der Universität von Pennsylvania. „Die Phasenteilung passiert spontan und liefert zwei Phasen, deren Abmessungen beide im Nanometermaßstab liegen. Diese einzigartige Eigenschaft könnte man als Schablone für die Produktion von Nanostrukturen oder molekularen Monolayern nutzen.“
(University of Pennsylvania, 18.07.2007 – NPO)
