Seltener Kristall in Trümmern der ersten Atombombe entdeckt

Eingebettet in aus der Explosion entstandenes Trinitit-Glas repräsentiert dieser kubische, kugelförmige Kristall den ersten bestätigten Clathrat, der durch eine nukleare Detonation erzeugt wurde.

Interessanterweise lässt sich dieser Kristall in einem herkömmlichen Labor nicht herstellen. „Wir berichten über die Entdeckung eines bisher unbekannten Ca–Cu–Si Typ-I-Clathrats, das während der 1945er Trinity-Atombombenexplosion entstand; es handelt sich um den ersten kristallographisch bestätigten Clathrat, der unter Produkten einer Nuklearexplosion identifiziert wurde", schrieben Forscher der Universität Florenz in der Studienpublikation.

Kristalle, die aus nuklearem Feuer entstehen: Clathrate sind architektonische Wunder der mikroskopischen Welt. Diese Kristalle bestehen aus atomaren „Käfigen", die Gastatome im Inneren einschließen. Wie die Studie besagt, handelt es sich bei diesem bisher unbekannten Material um einen Typ-I-Clathrat, der aus Calcium, Kupfer und Silizium besteht.

Diese spezifische Variante ist kubisch

Diese spezifische Variante ist kubisch und weist geometrische Formen wie 12-flächige Dodekaeder auf. Ihre Struktur umfasst einen molekularen Käfig, der aus einem Silizium-Kupfer-Gerüst aufgebaut ist und ein starres Gitter bildet. Diese geometrischen Käfige fangen Gastatome aus Calcium ein und erzeugen eine stabile, doch exotische Anordnung, die unter normalen Umweltbedingungen nicht vorkommt.

Um sie zu erschaffen, benötigte die Natur die spezifischen, gewalttätigen, weit vom Gleichgewicht entfernten Bedingungen des 16. Juli 1945. Es geht um Temperaturen im Millionenbereich, erdrückenden atmosphärischen Druck und einen Abkühlungsprozess, der so schnell ist, dass die Atome im Flug eingefroren wurden, bevor sie in einen normalen Zustand zurückkehren konnten.

Diese Bedingungen ermöglichen die Bildung: Materialien, die mit konventionellen Laborsyntheseverfahren einfach nicht erzeugt werden können.

Für diese Studie kombinierte das Team

Für diese Studie kombinierte das Team atomare Kartierung mit physikbasierten Stabilitätsvorhersagen, um das Explosionsgut zu untersuchen. „Durch die Kombination aus ersten Prinzipien liefert diese Arbeit Erkenntnisse für die Materialwissenschaft, die Festkörperphysik und die Kernforensik und veranschaulicht, wie extreme Umgebungen kristalline Materie weit vom Gleichgewicht entfernt formen können", so die Studie.

Atomare SchnappschüsseHistorisch faszinierend mag die Entdeckung sein, doch ihr tatsächlicher Einfluss liegt darin, was sie uns über die fundamentalen Gesetze der Physik lehrt. Der neue Clathrat wurde gemeinsam mit einem ikosaedrischen Quasikristall gefunden, einer weiteren verbotenen Struktur, die bereits vor Jahren im Trinity-Material identifiziert wurde.

Diese Kristalle erfassen einen Bruchteil einer Sekunde physikalischer Prozesse, die Menschen in der Regel kaum direkt beobachten können. Laut dem leitenden Forscher Luca Bindi helfen diese mikroskopischen Strukturen dabei zu verstehen, wie sich Materie bei anderen hochenergetischen kosmischen Ereignissen verhält, wie etwa Blitzschlägen, Meteoriteneinschlägen und sogar planetaren Kollisionen.

Da Klathrate nur in sehr engen,

Da Klathrate nur in sehr engen, hochenergetischen Bereichen entstehen, fungieren sie als „Momentaufnahmen" ihren absoluten Grenzen. Die neuen Erkenntnisse könnten langfristig die Lücke zwischen menschengemachten Explosionen und kosmischen Phänomenen schließen und sowohl für die Mineralogie als auch für die Festkörperphysik entscheidende neue Einblicke bieten.

In der Werkstoffwissenschaft könnten sie neuartige atomare Anordnungen für zukünftige synthetische Designs aufzeigen, während sie in der Festkörperphysik untersuchen, wie Materie unter extremen, instabilen Bedingungen funktioniert.

Darüber hinaus unterstützt die Forschung die Kernforensik, indem sie einen mineralogischen Fingerabdruck etabliert, der es ermöglicht, die spezifischen Temperaturen und Drücke vergangener oder unbekannter nuklearer Ereignisse rekonstruieren. Die Studie wurde am 11. Mai in der Zeitschrift PNAS veröffentlicht.