Rätsel um die blaue Farbe des Aquamarins
Entwickelt haben die Forschenden ihre Methode bei Untersuchungen des Edelsteins Aquamarin. Bislang war nicht genau bekannt, wo genau das farbgebende Eisen im Kristall positioniert ist. Eine Hypothese lautete, dass einzelne Eisenatome in den Poren stecken und von dort dem Edelstein seine blaue Farbe verleihen. Das ist nun widerlegt: Die Forschenden haben bei ihren Versuchen zweifelsfrei festgestellt, dass kein Eisen in den Poren steckt, sondern Cäsiumionen. Die farbgebenden Eisenatome befinden sich in direkter Nähe zu den Cäsiumionen, sind aber in die Säulen des Kristallgitters integriert.Ein einziges Bild mit atomarer Auflösung als Basis
Für ihre Experimente haben die Forschenden mit dem atomar auflösenden ASTEM-Mikroskop ein sogenanntes Z-Kontrast-Bild von dem Aquamarinkristall aufgenommen. Der Elektronenstrahl des ASTEM-Mikroskops wird dabei auf die Oberfläche der Kristallprobe fokussiert, er dringt aber auch in die Poren des Materials ein. Trifft er dort eingelagerte Ionen, erscheinen sie als helle Punkte im Bild. Anhand der Stärke des Kontrasts zu leeren Poren und den angrenzenden Gitterstrukturen können die Forschenden die Art der eingelagerten Ionen bestimmen und auch abschätzen, wie tief diese in den Poren sitzen. Diese Daten wurden statistisch analysiert und mit einer Vielzahl von Simulationen der Kristallstruktur abgeglichen, um die verschiedenen Einflussfaktoren auf das gemessene Signal abschätzen zu können.Innovative Methode eröffnet neue Möglichkeiten für Materialwissenschaft
Die neuartige Methode eignet sich neben der Grundlagenforschung auch für die gezielte Entwicklung neuer Materialien. „Mit unserer Methode kann die Position von Dotierelementen, also gezielten funktionssteuernden Zusätzen, in nanoporösen Materialien wie Zeolithen oder metallorganischen Gerüstverbindungen genau bestimmt werden“, sagt Ferdinand Hofer. Dies erleichtert etwa die Optimierung von Einzelatom-Katalysatoren und Festkörperelektrolyten in zukünftigen Batterien oder die Entwicklung biomedizinischer Anwendungen zur Steuerung der Medikamentenaufnahme.Den Artikel finden Sie unter:
https://www.tugraz.at/tu-graz/services/news-stories/tu-graz-news/einzelansicht/article/neue-methode-zur-analyse-nanoporoeser-materialien-entwickelt
Quelle: Technische Universität Graz (03/2024)
Publikation:
Three-dimensional distribution of individual atoms in the channels of beryl
Daniel Knez, Christian Gspan, Nikola Šimić, Stefan Mitsche, Harald Fitzek, Karl Gatterer, Helmar Wiltsche, Gerald Kothleitner, Werner Grogger, Ferdinand Hofer
DOI: https://doi.org/10.1038/s43246-024-00458-8