Schön und praktisch

  • 18. July 2018

Neues Material zeigt ästhetische Kristallstruktur und nichtlineares optisches Verhalten.

Festkörperchemiker der Universität Augsburg haben gemeinsam mit Kollegen aus Frankfurt am Main und Houston, Texas, den Stoff TFB vorgestellt – ein völlig neues Material, das Infrarotstrahlung in sichtbares Licht verwandelt und noch mehr kann. TFB steht für Zinn­fluoro­oxoborat bzw. Sn[B2O3F2]. Die Herstellung dieses neuen Materials gelang einem von dem Augsburger Chemiker Henning Höppe geleiteten Forscher­team durch die geschickte Reaktion zweier groß­technisch verfügbarer Chemikalien: Bor­oxid und Zinn­fluorid.

Abb.: In Sn[B2O3F2] (TFB) verbinden sich Tetraeder aus Bor, Sauerstoff (rot) und Fluor (grün) zu unendlichen Schichten; die grau gezeichneten Zinn­atome sorgen für die perfekte Ausrichtung der Schichten. (Bild: U. Augsburg / IfP)

Abb.: In TFB verbinden sich Tetraeder aus Bor, Sauerstoff (rot) und Fluor (grün) zu unendlichen Schichten; die grau gezeichneten Zinn­atome sorgen für die perfekte Ausrichtung der Schichten. (Bild: U. Augsburg)

Höppes Festkörperchemie-Arbeitsgruppe erforscht am Institut für Physik der Universität Augsburg Fluoro­oxoborate. Das sind Verbindungen, die strukturell den zu Tausenden natürlich vorkommenden Silikaten ähneln. Silikate wie Quarz oder Glimmer nehmen einen Anteil von über neunzig Prozent an der Erd­rinde ein und kommen in vielfältigen Strukturen vor. Chemisch unterscheiden sich die in Augsburg untersuchten Verbindungen allerdings deutlich von den strukturell ähnlichen Silikaten: Während letztere allesamt unter anderem Silizium und Sauer­stoff enthalten, enthalten Fluoro­oxoborate Fluor, Sauer­stoff und Bor.

„Die wissenschaftliche Bedeutung der aktuellen Ergebnisse unserer Forschung zu Fluoro­oxo­boraten liegt in der völlig außer­gewöhnlichen Kristall­struktur des von uns gezielt hergestellten TFB", erläutert Höppe. TFB enthält – wie gängige Silikate – ausschließlich Tetra­eder als zu ebenen Schichten verbundene Baueinheiten, wobei alle Tetra­eder­spitzen genau in dieselbe Richtung zeigen. „Diese ausgesprochen ästhetische Kristall­struktur ist sehr ungewöhnlich. Wir ahnten, dass solch perfekte Schichten herstellbar sein müssten. Und wir dachten", so Höppe, "mit Zinn könnte es funktionieren – und es hat funktioniert!“

Die Kristallstrukturen von Fluoro­oxoboraten, deren Bildung dank reiner Grund­lagen­forschung jetzt also verstanden werden kann, sind unter Anwendungs­gesichts­punkten hoch­relevant. Sie verfügen nämlich über besondere nichtlineare optische Eigenschaften, zu denen unter anderem die Frequenz­verdopplung zählt – will heißen: Wird ein solches Material mit hoher Intensität bestrahlt, entsteht Strahlung mit verdoppelter Frequenz und dementsprechend halbierter Wellen­länge. Infrarot­strahlung wird so zu grünem Licht, wie man es etwa vom Laserpointer kennt.

„Unser TFB kann aber noch mehr", betont Höppe: „Denn mit diesem gezielt herstellbaren Material lässt sich auch hoch­energetisches UV-Licht für spezielle optische Anwendungen erzeugen – etwa für die Foto­litho­grafie in der Halbleiter­technik, für ein derzeit weltweit hoch­aktuelles Arbeits­gebiet also."

U. Augsburg / DE

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