A kvázikristály (a latin kvázi „hasonló”, „valami hasonló” szóból) szilárd test, amelyet szimmetria jellemez, ami a klasszikus krisztallográfiában tiltott , és a nagy hatótávolságú rend jelenléte . A kristályokkal együtt diszkrét diffrakciós mintázattal rendelkezik .
A kvázikristályok matematikai modellje az aperiodikus mozaikok .
Kvazikristályokat először Dan Shechtman figyelt meg elektrondiffrakciós kísérletei során , gyorsan lehűtött Al 6 Mn ötvözeten [1] 1982. április 8-án, amiért 2011 -ben kémiai Nobel-díjat kapott . Az általa felfedezett első kvázi-kristályos ötvözet a " Sechtmanit " ( eng. Shechtmanite ) nevet kapta [2] . Shekhtman cikkét kétszer nem fogadták el publikálásra, és végül rövidített formában adták ki az általa vonzódott ismert szakemberekkel, I. Blech-kel, D. Gratias-szal és J. Kahnnal együttműködve. [3] A kapott diffrakciós mintázat a kristályokra jellemző éles ( Bragg ) csúcsokat tartalmazott, ugyanakkor általánosságban az ikozaéder pontszimmetriájával , azaz konkrétan ötödrendű szimmetriatengelye volt , ami lehetetlen egy háromdimenziós periodikus rácsban. A diffrakciós kísérlet kezdetben lehetővé tette a szokatlan jelenség magyarázatát több kristályos ikrek diffrakciójával, amelyek ikozaéderes szimmetriájú szemcsékké olvadtak össze. Finomabb kísérletek azonban hamar bebizonyították, hogy a kvázikristályok szimmetriája minden léptékben jelen van, egészen az atomi léptékig, és a szokatlan anyagok valóban új szerkezetet jelentenek az anyag szerveződésében.
Később kiderült, hogy a fizikusok jóval hivatalos felfedezésük előtt találkoztak kvázikristályokkal, különösen az 1940-es években alumíniumötvözetekben lévő intermetallikus vegyületek szemcséiből Debye-Scherer módszerrel nyert debyegramok tanulmányozása során . Abban az időben azonban az ikozaéderes kvázikristályokat tévesen köbös kristályokként azonosították, nagy rácsállandóval . Kleinert és Mackie [4] 1981-ben jósolta a kvázikristályok ikozaéderes szerkezetének létezését .
Jelenleg több száz olyan kvázikristálytípus ismert, amelyeknek az ikozaéder pontszimmetriája, valamint tíz-, nyolc- és kétszögletű.
Két hipotézis létezik arról, hogy a kvázikristályok miért (meta)stabil fázisok. Az egyik hipotézis szerint a stabilitás annak köszönhető, hogy a kvázikristályok belső energiája minimális a többi fázishoz képest, ennek következtében a kvázikristályoknak még abszolút nulla hőmérsékleten is stabilnak kell lenniük. Ezzel a megközelítéssel van értelme az atomok bizonyos helyzeteiről egy ideális kvázi kristályszerkezetben beszélni, vagyis egy determinisztikus kvázikristályról van szó. Egy másik hipotézis azt sugallja, hogy az entrópia döntően hozzájárul a stabilitáshoz. Az entrópia által stabilizált kvázikristályok alapvetően instabilak alacsony hőmérsékleten. Nincs okunk azt hinni, hogy a valódi kvázikristályok kizárólag az entrópia miatt stabilizálódnak.
A kvázikristályok szerkezetének determinisztikus leírása megköveteli az egyes atomok helyzetének megadását, és a szerkezet megfelelő modelljének reprodukálnia kell a kísérletileg megfigyelt diffrakciós mintát. Az ilyen struktúrák általánosan elfogadott leírása azt a tényt használja, hogy a pontszimmetria, ami tiltott egy háromdimenziós térben lévő kristályrácsnál , megengedett egy nagyobb D dimenziójú térben. Az ilyen szerkezeti modellek szerint a kvázikristályban lévő atomok néhány (szimmetrikus) háromdimenziós RD altér (úgynevezett fizikai altér) metszéspontjában helyezkedik el olyan periodikus sokaságokkal, amelyek D-3 dimenzió határa a fizikai altérre keresztben van.
A többdimenziós leírás nem ad választ arra a kérdésre, hogy a lokális interatomikus kölcsönhatások hogyan stabilizálhatnak egy kvázikristályt. A kvázikristályok szerkezete a klasszikus krisztallográfia szempontjából paradox, és elméleti megfontolások alapján előrejelzett ( Penrose csempék ). A Penrose burkolólapok elmélete lehetővé tette a Fedorov-krisztallográfiai csoportokra vonatkozó (a tér időszakos kitöltésein alapuló) szokásos elképzelésektől való elmozdulást.
A kvázikristályok előállítását nehezíti, hogy mindegyik vagy metastabil, vagy olyan olvadékból képződik, amelynek összetétele eltér a szilárd fázis összetételétől ( inkongruencia ).
Természetes Fe-Cu-Al kvázikristályokat tartalmazó kőzeteket találtak a Koryak -hegységben 1979-ben. A princetoni tudósok azonban csak 2009-ben állapították meg ezt a tényt. 2011-ben publikáltak egy cikket [5] , amelyben azt mondták, hogy ez a kvázikristály (ikozahedrit) földönkívüli eredetű [6] . Ugyanezen 2011 nyarán egy oroszországi expedíció során az ásványkutatók új mintákat találtak természetes kvázi kristályokból. [7]
Geometriai minták a természetben | ||
---|---|---|
minták | ||
Folyamatok | ||
Kutatók |
| |
Kapcsolódó cikkek |
|
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
|