Ein internationales Forschungsteam des NTC (Nanotechnologisches Zentrum) der Westböhmischen Universität in Pilsen hat als erstes weltweit einen neuen Zustand der Materie zwischen festem und flüssigem Aggregatzustand in einem zweidimensionalen Kristall beobachtet. Dieser wichtige Durchbruch wurde im Magazin Science veröffentlicht, was für die Westböhmische Universität die erste Erwähnung in dieser renommierten Fachzeitschrift darstellt, wie die Sprecherin der Universität, Andrea Čandová, berichtete.

Zusätzlich zur Westböhmischen Universität haben auch Wissenschaftler aus Einrichtungen in Österreich, Deutschland, Belgien, Polen und der Slowakei an der Studie mitgewirkt. Ein zentrales Mitglied des Forschungsteams war Viera Skákalová vom NTC, die erklärte: „Die Entdeckung eines neuen Zustands der Materie in zweidimensionalen Kristallen eröffnet die Möglichkeit, die Eigenschaften extrem dünner Materialien präzise zu steuern und zu beeinflussen.“ Diese Erkenntnisse könnten die Entwicklung schnellerer, effizienterer und flexiblerer Elektronik, empfindlicher Sensoren und neuer Technologien für die Energiewirtschaft ermöglichen, die ohne das Wissen über das Verhalten dieser Materialien im Übergang zwischen festem und flüssigem Zustand nicht realisierbar wären.

Der Artikel befasst sich auch mit der Herstellung von Wasserstoffperoxid, die kostengünstiger und umweltfreundlicher gestaltet werden kann. Dazu haben Wissenschaftler aus Olmütz und Ostrava neue Materialien entwickelt.

Skákalová erklärte weiter: „Wenn Eis zu Wasser wird, handelt es sich um einen alltäglichen Prozess. Aber was geschieht, wenn ein Kristall, der nur wenige Atome dick ist, in eine Flüssigkeit übergeht? Genau diese Frage beantwortet der Artikel des internationalen Physikteams.“

Hexatische Phase beschrieben

Die Forscher haben bei einer extrem dünnen Schicht aus Silberjodid zum ersten Mal die Existenz eines sogenannten hexatischen Zustands in diesem Materialtyp beschrieben und beobachtet. Dieser Zustand stellt einen Übergang zwischen Feststoff und Flüssigkeit dar, der nur in zweidimensionaler Form existiert. Skákalová verglich diesen Zustand mit einem militärischen Verband, der sich zu zerfallen beginnt: „Die Soldaten halten nicht mehr genau Abstand zueinander und verlieren ihre regelmäßige Formation, schauen aber trotzdem alle in dieselbe Richtung und behalten ihre Orientierung. Dieser hexatische Zustand dauert nur kurz in einem engen Temperaturfenster unmittelbar vor dem vollständigen Schmelzen.“

Um den Effekt festzuhalten, nutzte das Team eine einzigartige experimentelle Methode, bei der die Silberjodidkristalle zwischen Graphenschichten, einer einlagigen Kohlenstoffform, eingeschlossen wurden. Ihre Umwandlung wurde mithilfe von Elektronenmikroskopen mit atomarem Auflösungsvermögen überwacht.

Ein historischer Meilenstein für das NTC

Die Veröffentlichung in Science stellt laut Čandová einen historischen Meilenstein für das NTC dar. „Es handelt sich um die erste Veröffentlichung mit Mitautorschaft des NTC in diesem Fachjournal. Das bestätigt, dass unsere Strategie, uns auf erstklassige Forschung im Bereich der quantenmechanischen Materialien zu konzentrieren, Früchte trägt und dass wir zu den internationalen Spitzenreitern gehören“, erklärte der Direktor des Forschungszentrums, Petr Kavalíř.