Eine neue Schatzkarte für Funktionsmaterialien
RWTH-Physiker entwickeln Ansatz zum Maßschneidern anspruchsvolle Materialien
In der Veröffentlichung „Revisiting the Nature of Chemical Bonding in Chalcogenides to Explain and Design their Properties“ beschreiben Carl-Friedrich Schön, Jakob Lötfering und Professor Matthias Wuttig vom I. Physikalischen Institut der RWTH Aachen mit Kolleginnen und Kollegen der Universitäten in Lüttich, Mailand und Prag ihren innovativen Ansatz für das Design besonderer Funktionsmaterialien. Das Maßschneidern von anspruchsvollen Materialien ist eines der großen Ziele in den Naturwissenschaften.
Die internationale Forschungsgruppe konnte eine Schatzkarte entwickeln, die unterschiedliche chemische Bindungsmechanismen trennt. Dabei gelingt es mit den gewählten Bindungsindikatoren – die aus der Schule bekannten Mechanismen der chemischen Bindung – die ionische, kovalente und metallische Bindung, überzeugend zu trennen. Die Versuche zeigten, dass die von ihnen untersuchten Materialien eine deutlich andere chemische Bindung eingehen, die als „metavalente Bindung“ bezeichnet wird. Sie ist für das einzigartige Eigenschaftsportfolio von Chalkogeniden (Verbindungen von Sauerstoff, Schwefel, Selen oder Tellur) ursächlich.
Solche Materialien werden unter anderem in der Photovoltaik bei der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie oder der Umwandlung von Abwärme in elektrische Energie in thermoelektrischen Materialien eingesetzt. Die „Schatzkarte“ macht möglich Eigenschaftstrends dieser Materialien zu erklären und vorherzusagen. Damit liefert sie einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur gezielten Gestaltung von Stoffeigenschaften und zur Entdeckung neuer Hochleistungsmaterialien.
Die Arbeit der Aachener Physiker ist in der Hall of Fame Serie der angesehenen Zeitschrift Advanced Materials erschienen.