Festkörperforschung: Kristalle wachsen anders als gedacht

Kristalle sind Meister der Ordnung – und doch entstehen sie aus dem Chaos. Aus dem Durcheinander einer flüssigen Lösung, in der die verschiedensten Teilchen ziellos umeinanderschwimmen, bildet sich unter den richtigen Bedingungen ein streng geordneter Festkörper, in dem jedes Atom seinen festen Platz hat. Der Aufbau eines solchen Gebildes, Teilchen für Teilchen und Schicht für Schicht, folgt festen Regeln.

Was genau passiert, wenn sich ein neues Teilchen zu einem Kristall gesellt? Eine Gruppe um die Chemikerin Rajshree Chakrabarti von der University of Houston hat das Rätsel jetzt aufgeklärt. Anders als gemeinhin angenommen, läuft der Prozess in zwei Schritten ab.

Ein neues Molekül oder Atom kann sich nicht an beliebiger Stelle an einen bestehenden Kristall anlagern. Das Wachstum erfolgt in Schichten, und das nächste Teilchen wird immer an derjenigen Stelle angebaut, die für den Kristall den größten Energiegewinn darstellt. Das sind, praktisch gesprochen, Knicke, Kanten, Ecken oder Vorsprünge. An solchen Andockstellen (in der Fachsprache als »kinks« bezeichnet) kann das hinzukommende Teilchen die meisten Bindungen zu den Teilchen im Kristall ausbilden.