Amerikanische Wissenschaftler haben den kleinsten goldenen Käfig der Welt hergestellt: Er besteht aus lediglich 16 Goldatomen und ist das metallische Gegenstück zu den berühmten fußballförmigen Buckyballs, die aus 60 oder mehr Kohlenstoffatomen zusammengesetzt sind. Im Gegensatz zu diesen Riesenmolekülen ist das hohle Goldmolekül allerdings nicht rund, sondern bildet ein aus Dreiecken zusammengesetztes Vieleck. Mit einer Größe von knapp einem Millionstel Millimeter bietet es dabei gerade genügend Platz, um ein einzelnes fremdes Atom beherbergen zu können.
Seitdem die Buckyballs 1985 zum ersten Mal beschrieben wurden, suchen Wissenschaftler in aller Welt nach metallischen Verwandten dieser molekularen Käfige ? bislang allerdings ohne Erfolg. Das Problem: Verbindungen aus wenigen Metallatomen haben die Tendenz, sich extrem dicht zusammenzulagern. Dadurch bilden sie entweder flache Strukturen oder aber massive geometrische Körper wie beispielsweise Pyramiden, die keinerlei Hohlraum mehr enthalten.
Das gilt auch für Gold, haben bereits frühere Studien gezeigt. So sind alle Strukturen aus weniger als 13 Goldatomen eben, während alle Verbindungen aus mehr als 19 Atomen zwar dreidimensional, aber nicht hohl sind. Aus diesem Grund konzentrierten sich die Forscher um Lai-Sheng Wang vom Pacific Northwest National Laboratory in Richland nun auf die Goldcluster mit 14 bis 18 Atomen: Sie berechneten, welche der möglichen Anordnungen am stabilsten sein müssten und simulierten am Computer, wie diese Strukturen sich bei Bestrahlung mit Licht bestimmter Wellenlängen verhalten würden. Anschließend setzten sie mithilfe eines Lasers 14, 15, 16, 17 und 18 Goldatome zusammen, bestrahlten sie mit dem definierten Licht und verglichen das entstehende Muster mit dem theoretisch vorhergesagten.
Die Übereinstimmungen bei den Untersuchungsergebnissen deuteten darauf hin, dass sich im Laser tatsächlich käfigartige, hohle Strukturen aus 16, 17 und 18 Goldatomen gebildet hatten, berichten die Forscher. “Das ist das erste Mal, dass ein hohler Käfig aus Metall experimentell nachgewiesen werden konnte”, kommentiert Studienleiter Wang. Nach Angaben der Wissenschaftler sind die Minikäfige bei Raumtemperatur stabil und behalten ihre Form, solange sie nicht mit einer Oberfläche in Berührung kommen. Sie vermuten außerdem, dass sich eine ganze Reihe anderer Atome in den Hohlräumen der Käfige einschließen lassen und möglicherweise deren Eigenschaften beeinflussen ? eine These, die die Forscher nun experimentell überprüfen wollen.
Lai-Sheng Wang ( Pacific Northwest National Laboratory, Richland) et al.: PNAS (Online-Vorabveröffentlichung, DOI: 10.1073/pnas.0600637103). ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
