150 Jahre altes Gallium-Rätsel gelöst

Gallium ist ein besonderes Metall: Es schmilzt bereits bei etwa 30 Grad Celsius – eine Tasse heißen Tee reicht aus, um einen Löffel daraus zum Schmelzen zu bringen. Diese Eigenschaft macht es für viele Hightech-Anwendungen interessant, etwa in Halbleitern, LEDs und Solarpanels. Doch warum Gallium so leicht schmilzt, war lange ein Rätsel.

Forscher der Universität Auckland haben nun eine überraschende Entdeckung gemacht: Die Atome von Gallium bilden sogenannte kovalente Bindungen, bei denen sie sich Elektronen teilen – ein Verhalten, das eher von Nichtmetallen bekannt ist. Bisher ging die Wissenschaft davon aus, dass diese Bindungen beim Schmelzen für immer verschwinden. Doch das Team um Professor Nicola Gaston fand heraus, dass die Bindungen bei noch höheren Temperaturen plötzlich wieder auftauchen.

„Dreißig Jahre Literatur über die Struktur von flüssigem Gallium basierten auf einer grundlegenden Annahme, die offensichtlich falsch ist“, sagt Gaston. Die Forscher vermuten, dass das Aufbrechen der Bindungen beim Schmelzen die Unordnung im Material erhöht und so das Schmelzen erleichtert.

Die Entdeckung könnte weitreichende Folgen haben: Ein besseres Verständnis von Gallium hilft bei der Entwicklung von Nanotechnologie, bei der Materialien auf atomarer Skala manipuliert werden. Gallium kann auch andere Metalle auflösen und eignet sich daher für flüssige Katalysatoren oder selbstorganisierende Strukturen. In einem früheren Projekt nutzten die Forscher flüssiges Gallium, um Zink in schneeflockenartige Kristalle zu verwandeln.

Die Studie wurde im Fachjournal „Materials Horizons“ veröffentlicht und löst ein 150 Jahre altes Rätsel, seit Gallium 1875 entdeckt wurde. Benannt ist das Element nach Gallien, dem lateinischen Namen für Frankreich – zu Ehren seines Entdeckers Paul Émile Lecoq de Boisbaudran.