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Theorie der unterkühlten Schmelze wurde bestätigt

30.04.2010
Forscher der CEA [1], des CNRS [2] und des ESRF [3] haben Schlüsselelemente für die Erklärung der Theorie der unterkühlten Schmelze gefunden. Dieses Phänomen bezeichnet den Zustand, in dem eine Flüssigkeit nicht gefriert, obwohl sie sich unter ihrer Kristallisationstemperatur befindet. Solche Erscheinungen sind beispielsweise bei Wassertropfen in Wolken zu beobachten.

Bei Unterkühlung muss die Flüssigkeit sehr rein sein und darf keine Kristallkeime enthalten. Die extreme Reinheit der Flüssigkeit verhindert die Kristallisation. Das Phänomen der Unterkühlung wurde 1724 von Fahrenheit entdeckt. Die aktuellen Theorien gehen davon aus, dass die innere Struktur von Flüssigkeiten mit der Kristallisation inkompatibel ist. Laut dieser Theorien organisieren sich die Atome in einer Fünfeck-Struktur. Für die Bildung eines Kristalls ist jedoch eine sich periodisch aufbauende Struktur erforderlich, um den Raum auszufüllen, was die fünfeckige Struktur nicht ermöglicht. Für eine Kristallisation muss die fünfeckige Struktur aufgebrochen werden, so dass sich die Atome in einer neuen Struktur anordnen können.

Bei der Untersuchung von Nanodrähten aus Gold und Silizium für die Nanoelektronik konnten die Forscher des ESRF dieses Phänomen beobachten - die Metall/Halbleiter-Legierung blieb auch unter ihrer Kristallisationstemperatur flüssig. Mit Hilfe der Synchrotronstrahlung konnten die Forscher die Fünfeck-Theorie überprüfen. Tobias Schülli, einer der Autoren der Studie, fasste die Versuche wie folgt zusammen: "Wir konnten beobachten, was in einer Flüssigkeit auf eine Oberfläche mit einer 5-Symmetrie-Struktur (wie ein Fünfeck) passiert. In diesem Fall entsteht eine starke Unterkühlung, was auf einer Oberfläche mit einer 3- oder 4-Symmetrie nicht beobachtet werden kann."

Diese Studie eröffnet neue Forschungsfelder in der Mikroelektronik und der Metallurgie.

[1] CEA: Behörde für Atomenergie und alternative Energien
[2] CNRS: Französisches Zentrum für wissenschaftliche Forschung
[3] ESRF: European Synchrotron Radiation Facility
Der vollständige im April 2010 in der Zeitschrift Natur veröffentlichte Artikel: http://sciences.blogs.liberation.fr/files/surfusion-or-silicium.pdf
Kontakte:
- Priscilla Dacher, CNRS Presse - Tel: 01 44 96 46 06 - E-Mail: priscilla.dacher@cnrs-dir.fr

- Marie Vandermersch, CEA Presse - Tel: 01 64 50 17 16 – E-Mail: marie.vandermersch@cea.fr

Quellen:
- "Pourquoi l'eau peut rester liquide à -10°C", Artikel aus dem Blog {science²} - 22.04.2010 http://sciences.blogs.liberation.fr/home/2010/04/pourquoi-leau-peut-rester-liqui...

- "Confirmation expérimentale des théories sur la surfusion ou pourquoi l'eau ne gèle pas dans les nuages" Pressemitteilung des CNRS - 21.04.2010, http://www2.cnrs.fr/presse/communique/1862.htm

Redakteur: Etienne Balli, etienne.balli@diplomatie.gouv.fr

Marie de Chalup |

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