Materie kann sich offenbar auf eine Art ordnen, die bisher niemand in einem Festkörper beobachtet hat. Physiker haben in einem Kristall ein dreidimensionales Webmuster nachgewiesen. Ihre Arbeit erschien in der Fachzeitschrift Light: Science & Applications.

Der Fund gelang in einem ferroelektrischen Material. Solche Kristalle bilden Bereiche, in denen die elektrischen Ladungen gleich ausgerichtet sind. Diese Bereiche reagieren auf elektrische Felder und auf mechanischen Druck. Deshalb stecken ferroelektrische Kristalle heute in Sensoren und Kondensatoren.

Das Team kühlte eine Probe aus Kalium-Lithium-Tantalat-Niobat ab, kurz KTN:Li. Unterhalb von 18,8 Grad Celsius bildet dieses Material die für solche Kristalle typischen Bereiche aus, berichtet das Portal wissenschaft.de. Diesmal geschah etwas anderes. Es entstanden feine Fäden, die sich regelmäßig kreuzten. An den Kreuzungspunkten lagen sie abwechselnd über- und untereinander, wie die Fäden in einem gewebten Stoff.

Der Kristall blieb dabei hart. Eine messbare Verformung stellte die Gruppe nicht fest. Das Geflecht hält, solange die Temperatur zwei bis acht Grad unter der ferroelektrischen Übergangstemperatur bleibt.

Ein grüner Laser entwirrt das Gewebe

Die Struktur lässt sich gezielt verändern. Ein eng gebündelter grüner Laserstrahl löst das Geflecht örtlich auf, und zurück bleibt eine geschichtete Ordnung, berichtet das Wissenschaftsportal Phys.org. Der übrige Kristall bleibt unberührt. Wird die Probe erwärmt und erneut abgekühlt, entsteht das Gewebe wieder, allerdings in einem neuen Muster.

An der Arbeit waren drei Gruppen beteiligt. Sie wurden geleitet von Eugenio Del Re von der Universität Sapienza in Rom, von Feifei Xin von der Nankai-Universität in Tianjin und von Aharon J. Agranat von der Hebräischen Universität Jerusalem. Hinzu kamen Fachleute der Universität Groningen. Agranat hatte die Kristalle ursprünglich für optische Schalttechnik gezüchtet und ihnen dabei periodische Schwankungen der chemischen Zusammensetzung mitgegeben.

Was der Fund praktisch bringt, ist offen. Denkbar seien topologisch geschützte Datenspeicher, die sich mit Licht auslesen und verändern lassen, schreiben die Forschenden. Vorerst geht es ihnen um die Physik dahinter. Weil das Gewebe durch spontane Symmetriebrechung entsteht, vermuten sie ähnliche Strukturen auch in Flüssigkristallen, Supraleitern und Quantenmaterialien. „Die Natur ist offenbar weit kreativer als es unsere Theorien vorhersagen", sagt Xin.