Tschechische Wissenschaftler haben eine mathematische Formel für die Härte eines Kristalls entwickelt. Mit deren Hilfe lässt sich der mechanische Widerstand gegen Deformationen bestimmen, ohne dass dazu wie bisher Experimente mit Diamantspitzen nötig sind. Überraschenderweise fanden die Forscher dabei heraus, dass die Härte eines Kristalls zunimmt, wenn die Anzahl direkter Nachbarn der Atome seines Gitters verringert wird.
Mithilfe der von Antonin Simunek und Jiri Vackar von der Tschechischen Akademie der Wissenschaften erstellten Formel lässt sich die Stärke der Bindungen eines Kristalls und somit dessen Härte berechnen. Diese Größe gibt an, wie leicht der Kristall durch eine Diamantspitze mit einem Kratzer versehen werden kann. Die Härte bestimmt somit die Größe des Widerstands gegen plastische oder elastische Deformationen.
Überraschenderweise hatten Physiker bisher noch keine einfache Formel zur Vorhersage dieser grundlegenden Größe eines Kristalls gefunden. Das tschechische Team hat dem nun abgeholfen, und ihre Formel kann zudem sowohl auf Ionenkristalle als auch auf solche mit kovalenten Bindungen angewandt werden.
Ionenkristalle bestehen aus einer regelmäßigen Abfolge von positiv und negativ geladenen Ionen ? Atome, deren äußerste Elektronenschale entweder eine Unterzahl oder einen Überschuss an Elektronen enthält. Kovalente Kristalle hingegen sind aus neutralen Atomen aufgebaut, die durch Überlagerung von Atomorbitalen mit Nachbaratomen ein festes Gitter aufbauen.
Den Forschern zufolge sind die einzelnen Bindungen eines Atoms umso kräftiger, je geringer deren Anzahl ist. Atome mit weniger direkten Nachbarn ergeben somit einen härteren Kristall als Atome, die von einer größeren Zahl direkter Nachbarn umgeben sind.
Physical Review Letters, Bd. 96, Artikel 085501 Stefan Maier
