Ein Wissenschaftlerteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat beim Schmelzen eines dünnen Kristallfilms einen neuen Phasenzustand der Materie entdeckt. In der sogenannten hexatischen Phase sind die Moleküle des Films weitgehend frei beweglich, obwohl weiterhin eine über längere Strecken anhaltende molekulare Ordnung vorhanden ist. Der Film weist daher sowohl Eigenschaften einer Flüssigkeit als auch eines Festkörpers auf. Darüber berichtet das Fachmagazin Physical Review Letters (Band 89 Referenznummer 076101).
Die Wissenschaftler um Ravi Radhakrishnan untersuchten zunächst die beim Schmelzen eines nur zwei Molekülschichten dicken Films aus Kohlenstofftetrachlorid auftretenden physikalischen Prozesse mittels Computersimulationen. Die 64.000 simulierten Moleküle des Films ordneten sich während des Aufheizens in einer hexagonalen Ordnung an, bei der jedes Molekül im Mittel von 6 Nachbarn umgeben ist. Obwohl die Moleküle frei beweglich sind, weist der Film somit eine über längere Distanzen anhaltende so genannte Fernordnung auf.
Anschließende Experimente mit in einer porösen Kohlenstoffschicht eingeschlossenen Kohlenstofftetrachloridmolekülen bestätigten die Computersimulationen: Die elektrischen Eigenschaften des Films entsprachen bei einem Aufheizen der porösen Schicht genau den Vorhersagen der Computersimulationen ? die Forscher hatten somit die Existenz des Phasenübergangs indirekt bewiesen. Den Experimenten zu Folge ist die hexatische Phase über einen Temperaturbereich von mehr als 60 Grad Celsius stabil.
Hexatische Phasen von dünnen Schichten wurden bereits in den 70er Jahren des vergangenen Jahrhunderts theoretisch vorhergesagt und ein Jahrzehnt später in einem Film aus zigarrenförmigen Molekülen experimentell bestätigt. Allerdings war bis zu der Arbeit Radhakrishnans unklar, ob hexatische Phasen auch von Molekülen mit einem einfachen kugelförmigen Aufbau wie Kohlenstofftetrachlorid gebildet werden können. Zudem ist es auch überraschend, dass die Phase in einem porösen Material stabil ist. Die Forscher untersuchen derzeit die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des neuen Phasenzustands auf eventuelle Anwendungsmöglichkeiten zur Herstellung neuartiger Materialien.
Stefan Maier
