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Berechnete Cluster aus jeweils 55 Atomen. Während Silber (links)
einen regulären ikosaederförmigen Kristall bildet, verhält sich Gold eher
konfus.
© Fraunhofer IWM
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Ein Argument in der derzeit grassierenden "Nanodebatte" lautet:
Partikel mit Durchmessern deutlich unter einem Mikrometer verhalten sich anders
als größere - mitunter seien sie toxisch. Müller und Bäcker etwa wissen das seit
geraumer Zeit. Getreidekörner sind harmlos. Jedoch kann der langjährige Umgang
mit Mehl immerhin eine Berufskrankheit hervorrufen, die der Volksmund
Bäckerasthma nennt. Ein anderes Beispiel ist Gold: Im Mesokosmos des Menschen
erscheint es gelb glänzend, während Vertreter des Superzwergenreichs (griechisch
nanos = Zwerg) rot sehen würden. Goldrubinglas färbt sich erst durch
feinverteilte Partikel des Edelmetalls tiefrot. Materialforscher fanden
kürzlich: Gold verhält sich in Clustern aus wenigen Atomen deutlich anders als
seine Nachbarn im Periodensystem Silber, Kupfer, Palladium oder Platin. Während
letztere eine kristalline Ordnung anstreben, bleibt Gold ohne erkennbare
Struktur. Die Ergebnisse, die Ende August im Fachblatt Physical Review Letters
publiziert wurden (Volume 93, No. 9), dürften auch für Katalyseforscher
interessant sein. Immerhin lautet eine ihrer zentralen Fragen: Wie beeinflussen
Kristallinität und Größe der oft eingesetzten Edelmetallpartikel Verlauf und
Geschwindigkeit chemischer Reaktionen? Solche Ergebnisse
produzieren Forscher heute verstärkt durch Simulationsrechnungen im Computer.
Hier jedoch startete die Fachwelt quasi eine umgekehrte Nanodebatte: Ein
einzelnes Atom und sein Verhalten kann quantenmechanisch recht gut berechnet
werden. Je größer ein Aggregat oder Molekül wird, desto mehr weichen die
Voraussagen allerdings von den experimentellen Befunden ab. "Wir untersuchten
Cluster aus 55 Atomen und konnten die amorphe Struktur
photoelektronenspektroskopisch bestätigen", betont Mitautor Michael Moseler vom
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM. "Derzeit ist unsere Gruppe als
einzige in der Lage, Cluster mit bis zu tausend Goldatomen verlässlich zu
berechnen."
Aus dem gefundenen eigentümlichen Verhalten von Gold
erwachsen womöglich Konsequenzen für die Mikroelektronik. Je kleiner die
Schaltungen werden, desto dünner die Drähte, mit denen sie verbunden sind.
Materialgrößen wie Festigkeit oder elektrische Leitfähigkeit sind jedoch nicht
auf beliebig kleine Abmessungen extrapolierbar. Weitere Bereiche sind Genetik
und Proteinforschung. Hier werden Goldcluster oft genutzt, um Biomoleküle zu
markieren. Art und Stärke der Bindung zu ihnen hängen jedoch auch davon ab, wie
sich die Atome des preziosen Metalls untereinander "vertragen". |
