In Metallen ordnen sich die Atome meist in einer von zwei Gitterstrukturen an: kubisch flächenzentriert (FCC) oder kubisch raumzentriert (BCC). In beiden Fällen sitzen Metallatome in allen Ecken der würfelförmigen Grundeinheit dieses Gitters. Beim flächenzentrierten Gitter platzieren sich die restlichen Atome jeweils im Zentrum der Würfelflächen, diese FCC-Gitterstruktur ist besonders dicht. In der raumzentrierten Variante bleiben die Flächen leer, nur im Zentrum des Gitterwürfels liegt noch ein weiteres Atom.
Zwischenstadien bisher nur theoretisch postuliert
Wichtig sind solche atomaren Gitterstrukturen, weil sie die Eigenschaften wichtiger Metallwerkstoffe prägen, beispielsweise des Stahls. Er geht teilweise in die BCC-Struktur über, den sogenannten Martensit. Dies verleiht ihm eine erhöhte Festigkeit, dennoch lässt er sich gut umformen. „Materialforscher beschäftigen sich seit Langem damit, wie sich der Anteil von FCC und BCC in Metallen kontrollieren lässt, doch die Übergänge zwischen diesen Phasen waren schwer zu untersuchen, weil sie so instabil sind“, erklärt Co-Autor Timothy Moore von der University of Michigan.
Zwar gibt es verschiedene theoretische Modelle, die die atomaren Umlagerungen und Zwischenstufen dieses sogenannten Martensit-Übergangs simulieren. Experimentell ist es jedoch noch nicht gelungen, diese kurzlebigen Zwischenstadien genauer zu beobachten. Ob die Transformation wirklich so abläuft und wie die Zwischenformen aussehen, blieb daher ungeklärt – bis jetzt.
Silbernanopartikel als Analoga
Dem Team um Moore und Erstautor Yasutaka Nagaoka von der Brown University ist es nun erstmals gelungen, einen dieser bisher nur theoretisch postulierten Zwischenzustände beim Übergang von der FCC zur BCC-Gitterstruktur auch im Experiment nachzuweisen. Allerdings gelang ihnen dies nicht bei Eisen oder einem anderen massiven Metall, sondern mithilfe von Silbernanopartikeln. Diese dienten als Modell für einzelne Metallatome, durch eine Beschichtung mit „klebrigen“, kettenförmigen Molekülen interagieren diese Partikel ähnlich wie Atome in einem Metallgitter: Auch sie lagern sich zu einem Kristallgitter zusammen.
