In einer Studie, die im Dezember 2025 in ACS Nano veröffentlicht wurde, beobachteten Christopher Leist und sein Team ein ungewöhnliches Phänomen in geschmolzenen Metallnanopartikeln. Die Forscher untersuchten Platin-, Palladium- und Gold-Nanopartikel auf Graphenunterlagen bei Temperaturen zwischen 20°C und 800°C.
Bewegungslose Atome in flüssigem Metall
Normalerweise zeichnen sich Flüssigkeiten durch bewegliche Atome aus. Die Wissenschaftler fanden jedoch einzelne Platinatome, die trotz der umgebenden Schmelze ortsfest blieben. Diese Atome waren an Defekten in der Graphenunterlage gebunden und blieben über Zeiträume von mindestens einer Sekunde stationär – eine lange Zeitspanne auf atomarer Ebene.
Die Untersuchungen konzentrierten sich auf Platinpartikel mit Durchmessern von 3 bis 6 Nanometern. Die ortsfesten Atome traten vor allem an Leerstellen im Graphengitter auf, während Atome an freien Graphenkanten zwischen Positionen wechseln konnten.
Ringformation verhindert Kristallisation
Bei weniger als zehn zufällig verteilten stationären Atomen kristallisierte das Platin bei Abkühlung auf 500°C wie erwartet. Die Situation änderte sich, wenn sich die immobilisierten Atome ringförmig am Rand des Partikels anordneten. Solche „eingezäunten“ Tröpfchen blieben selbst bei 350°C flüssig – mehr als 1.000°C unter dem normalen Schmelzpunkt von massivem Platin (1.768,2°C).
Die ringförmige Anordnung wirkte dabei anders als ein Kristallisationskeim. Statt die Bildung geordneter Strukturen zu fördern, behinderte sie die für die Kristallisation notwendigen Dichte- und Strukturänderungen. Bei weiterer Abkühlung auf etwa 200°C erstarrten die Partikel zunächst in einem metastabilen amorphen Zustand.
Die Experimente nutzten ein hochauflösendes Transmissionselektronenmikroskop mit Aberrationskorrektur. Der Elektronenstrahl diente sowohl zur Beobachtung als auch zur gezielten Erzeugung von Defekten in der Graphenunterlage, wodurch die Anzahl und Anordnung der immobilisierten Atome kontrolliert werden konnte.
- Quelle: Leist, C. et al. (2025). „Stationary Atoms in Liquid Metal Nanoparticles“. ACS Nano.
- Quelle: Royal Society of Chemistry. „Platinum – Element Information“.