Physiker der Gesellschaft für Schwerionenforschung in Darmstadt haben zusammen mit Kollegen aus der Geophysik kristalline Körper aus Graphit oder Zirkon einem starken Druck ausgesetzt und sie gleichzeitig mit stark beschleunigten Schwerionen beschossen. Das führte zu einem Phasenübergang der Körper in den amorphen Zustand. Die Forscher glauben, auf diese Weise neue Erkenntnisse über die Verhaltensweise von Materialien im Erdinnern zu erhalten.
Wenn ein kristalliner Körper mit Schwerionen beschossen wird, bilden sich in dessen Innern im Normallfall Kristallfehlstellen aus, die den Bahnen der Ionen folgen. Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn der Kristall gleichzeitig einem hohen Druck ausgesetzt wird, so Ulrich Glasmacher, ein Teilnehmer der Studie des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg. Vielmehr wandeln die Schwerionen den unter Druck stehenden Kristall in eine amorphe Phase ohne Gitterstruktur um (siehe Bild).
In ihren Experimenten benutzten die Forscher ein Synchrotron der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt, um Ionen aus Gold oder Uran auf Geschwindigkeiten von etwa 80 Prozent der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Sie schossen diese dann auf kleine Proben aus Graphit oder Zirkon, die durch eine Diamantpresse einem Druck von etwa 140.000 Atmosphären ausgesetzt waren. Mithilfe eines Transmissionsmikroskops untersuchten die Forscher danach die atomare Struktur der bombardierten Kristalle.
Glasmacher und seine Kollegen glauben, auf diese Weise die Verhaltensweise von Materialien im Erdinnern verstehen zu lernen. Neben den dort herrschenden hohen Drücken sind Kristalle nämlich auch hier einem ständigen Beschuss von Ionen ausgesetzt, die durch den radioaktiven Zerfall instabiler Kerne entstehen. Daneben könnte die Studie auch einen Weg zur Herstellung von Materialien mit neuartigen Eigenschaften aufweisen, so die Forscher.
Physical Review Letters, Bd. 96, Artikel 195701 Stefan Maier
