Fysiker hittade en mycket sällsynt kvasikristall i en bit av en meteorit som föll i Ryssland. Fyndet är så sällsynt att det bara är tredje gången som sådant material stöter på av forskare i naturen. Emellertid är det unika med sådana kristaller inte bara på grund av deras sällsynthet. Faktum är att de har en så speciell symmetrisk struktur att vetenskapen i årtionden ansåg att deras existens var "omöjlig".
Den nya kvasikristallen upptäcktes av ett team av geologer ledd av Luca Bindi från universitetet i Florens (Italien). Forskare undersökte en bit av en meteorit som föll i den ryska byn Khatyrka i Anadyrregionen i Chukotka Autonomous Okrug i Ryssland för fem år sedan och fann en kvasikristall med bara några mikrometer i den.
Det bör noteras att detta redan är den tredje kvasikristallen som upptäcktes i samma meteorit, vilket kan tyda på att det kan finnas ännu främmande strukturer.
”Den goda nyheten är att vi redan har hittat tre olika typer av kvasikristaller i samma meteorit. Den senare har en unik kemisk struktur som aldrig tidigare sett i kvasikristaller, säger Paul Steinhardt från Princeton University, en av forskarna som är inblandade i studien.
"Detta antyder att andra typer av kvasikristaller kan gömma sig i en meteorit, som i naturen."
Kvasikristallerna själva har en unik struktur som kännetecknas av symmetri förbjuden av klassisk kristallografi och närvaron av långväga ordning. Med andra ord är kvasikristallernas symmetri närvarande i alla skalor, upp till atom, vilket visar en ny strukturell organisation av materien.
Vanliga kristaller som finns i samma snöflingor, diamanter och bordssalt består av atomer som bildar nästan perfekt symmetri. Polykristaller, som finns i de flesta metaller, stenar, is och amorfa fasta ämnen som glas, vax och de flesta plaster, tenderar att vara mer kaotiska och oordning.
Förekomsten i naturen av en annan typ av atomstruktur - en konstig, halvordnad form av materia där den visade atomstrukturen har punktsymmetri - bevisades 1982 av den israeliska fysikern Dan Shechtman.
Kampanjvideo:
När Shekhtman upptäckte en kvasikristall i ett prov av en aluminiumlegering som han skapade i laboratoriet, trodde forskaren först inte sina ögon och sa till sig själv: "Detta kan inte vara." Forskaren gjorde sin upptäckt 1982. Under de kommande decennierna försökte han två gånger publicera resultaten av sitt arbete i vetenskapliga tidskrifter, men han vägrade. Kollegor skrattade bokstavligen åt forskaren och trodde inte hans upptäckt. I slutändan publicerades Shekhtmans artikel i en mycket förkortad form och författades tillsammans med andra framstående forskare. Anledningen till misstro var naturligtvis att kvasikristaller i över 200 år betraktades som något extremt otroligt. Deras förmodade unika symmetri ansågs bortom de traditionella reglerna för kristallografi. Ändå vann Shechtman Nobelpriset i kemi 2011 för sitt arbete.
Det är intressant att notera att fysiker mötte kvasikristaller långt före deras officiella upptäckt. Forskare har felaktigt identifierat dem som kubiska kristaller med en stor gitterkonstant (storleken på en kristallenhetscell). Enhetscellen kan som regel representeras av olika former, till exempel rektangulär, kubisk, triangulär eller sexkantig, men kvasikristaller har en struktur av aperiodisk ordning - de har fem symmetriska sidor som bildar pentagoner, som i sin tur skapar ikosahedrisk symmetri.
Patricia Thiel, seniorforskare vid US Department of Energy Ames Laboratory, ger följande exempel:
”Låt oss säga att du vill täcka golvet med mosaikplattor. Brickan har perfekta raka linjer. Den kan vara rektangulär, triangulär, fyrkantig eller sexkantig. Alla dessa former kan läggas ihop. Alla andra enkla former kan inte vikas, eftersom luckor och mellanslag kommer att finnas kvar. Kvasikristaller är som femkantiga plattor. De kan inte ansluta som trianglar och kvadrater. I en sådan struktur är dock luckorna fyllda med atomer av andra ämnen, vilket resulterar i till exempel dessa former :
Och här är en bild av strukturen för en nyligen upptäckt kvasikristall med femte ordningens symmetri:
Trots det faktum att kvasikristaller är mycket sällsynta i naturen (åtminstone på jorden), är de mycket lätta att skapa i laboratoriet. För närvarande används syntetiska kvasikristaller i nästan allt, från tillverkning av kokkärl till produktion av LED-lampor.
När forskare studerade sammansättningen av den nya kvasikristallen bekräftade de att den består av en kombination av atomer av aluminium, koppar och järn, kombinerade i femkantiga former, som de som finns på till exempel fotbollar. I naturen upptäcktes en sådan sammansättning av kvasikristaller för första gången. Fyndet tillåter dock n
NIKOLAY KHIZHNYAK