Quasicristal

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 6 noiembrie 2020; verificările necesită 2 modificări .

Un cvasicristal (din latină  cvasi „cum ar fi”, „ceva asemănător”) este un corp solid caracterizat prin simetrie, care este interzisă în cristalografia clasică , și prezența ordinii pe distanță lungă . Alături de cristale , are un model de difracție discret .

Modelul matematic al cvasicristalelor este mozaicurile aperiodice .

Istorie

Cvasiccristale au fost observate pentru prima dată de Dan Shechtman în experimente de difracție a electronilor pe un aliaj de Al 6 Mn răcit rapid [1] efectuate pe 8 aprilie 1982, pentru care a primit Premiul Nobel pentru Chimie în 2011 . Primul aliaj cvasicristalin descoperit de el a fost numit „ Shechtmanite ” ( ing.  Shechtmanite ) [2] . Articolul lui Shekhtman nu a fost acceptat pentru publicare de două ori și în cele din urmă a fost publicat într-o formă prescurtată în colaborare cu cunoscuții specialiști I. Blech, D. Gratias și J. Kahn, atrași de el. [3] Modelul de difracție rezultat conținea vârfuri ascuțite ( Bragg ) tipice cristalelor , dar în același timp, în general, avea simetria punctuală a icosaedrului , adică, în special, avea o axă de simetrie de ordinul cinci , care este imposibil într-o rețea periodică tridimensională. Experimentul cu difracția a permis inițial o explicație a fenomenului neobișnuit prin difracție pe gemeni cristalini multiple topiți în granule cu simetrie icosaedrică. Cu toate acestea, experimente mai subtile au demonstrat curând că simetria cvasicristalelor este prezentă la toate scările, până la scara atomică , iar substanțele neobișnuite sunt într-adevăr o nouă structură pentru organizarea materiei.

Mai târziu, s-a dovedit că fizicienii au întâlnit cvasicristale cu mult înainte de descoperirea lor oficială, în special, atunci când studiau debyegramele obținute prin metoda Debye-Scherer din granule de compuși intermetalici din aliajele de aluminiu în anii 1940. Cu toate acestea, la acel moment, cvasicristalele icosaedrice au fost identificate greșit ca cristale cubice cu o constantă mare a rețelei . Predicțiile despre existența unei structuri icosaedrice în cvasicristale au fost făcute în 1981 de către Kleinert și Mackie [4] .

În prezent, sunt cunoscute sute de tipuri de cvasicristale care au simetria punctuală a icosaedrului, precum și zece, opt și dodecagoane.

Structura

Quasicristale deterministe și stabilizate cu entropie

Există două ipoteze despre de ce cvasicristalele sunt faze (meta-)stabile. Conform unei ipoteze, stabilitatea se datorează faptului că energia internă a cvasicristalelor este minimă în comparație cu alte faze, drept consecință, cvasicristalele trebuie să fie stabile chiar și la temperatura zero absolut. Cu această abordare, are sens să vorbim despre anumite poziții ale atomilor într-o structură ideală cvasicristală, adică avem de-a face cu un cvasi-cristal determinist. O altă ipoteză sugerează că entropia contribuie decisiv la stabilitate. Cvasicristalele stabilizate prin entropie sunt fundamental instabile la temperaturi scăzute. Acum nu există niciun motiv să credem că cvasicristalele reale sunt stabilizate numai datorită entropiei.

Descriere multidimensională

O descriere deterministă a structurii cvasicristalelor necesită specificarea poziției fiecărui atom, iar modelul corespunzător al structurii trebuie să reproducă modelul de difracție observat experimental. Modul general acceptat de a descrie astfel de structuri folosește faptul că simetria punctuală, care este interzisă pentru o rețea cristalină în spațiul tridimensional , poate fi permisă într-un spațiu de dimensiune mai mare D. Conform unor astfel de modele structurale, atomii dintr-un cvasicristal sunt situat la intersecțiile unui subspațiu tridimensional (simetric) RD (numit subspațiu fizic) cu varietăți periodice cu graniță de dimensiunea D-3 transversală subspațiului fizic.

Reguli de adunare

Descrierea multidimensională nu răspunde la întrebarea cum interacțiunile interatomice locale pot stabiliza un cvasicristal. Quasicristalele au o structură paradoxală din punctul de vedere al cristalografiei clasice și este prezisă din considerente teoretice ( tilings Penrose ). Teoria plăcilor Penrose a făcut posibilă îndepărtarea de ideile obișnuite despre grupurile cristalografice Fedorov (bazate pe umplerile periodice ale spațiului).

Metalurgie

Obținerea cvasicristalelor este îngreunată de faptul că toate sunt fie metastabile, fie formate dintr-o topitură a cărei compoziție diferă de compoziția fazei solide ( incongruență ).

Quasicristale naturale

Roci cu cvasicristale naturale de Fe-Cu-Al au fost găsite în muntele Koryak în 1979. Cu toate acestea, abia în 2009, oamenii de știință de la Princeton au stabilit acest fapt. În 2011, au publicat un articol [5] , în care spuneau că acest cvasicristal (icosahedrit) este de origine extraterestră [6] . În vara aceluiași 2011, în timpul unei expediții în Rusia, mineralogiștii au găsit noi mostre de cvasi-cristale naturale. [7]

Proprietăți

Note

  1. ↑ Un om de știință israelian câștigă Premiul Nobel pentru Chimie . Preluat la 30 septembrie 2017. Arhivat din original la 1 iulie 2017.
  2. ↑ Forma imposibilă a materiei ia în atenție în studiul solidelor . Consultat la 30 septembrie 2017. Arhivat din original la 1 decembrie 2017.
  3. ↑ Fază metalică cu ordine de orientare pe distanță lungă și fără simetrie translațională. „ Scrisori de revizuire fizică ”, Vol. 53, 1984, p. 1951-1954
  4. ↑ Kleinert H., Maki K. Lattice Textures in Cholesteric Liquid Crystals (neopr.)  // Fortschritte der Physik. - 1981. - T. 29 . - S. 219-259. .  
  5. ↑ PNAS: Dovezi pentru originea extraterestră a unui cvasicristal natural
  6. ↑ Știri. Ro: Un mineral rusesc unic sa dovedit a fi o copie extraterestră de arhivă din 18 ianuarie 2012 la Wayback Machine (17 ianuarie 2012)
  7. ↑ hi-news.ru: Un cvasi-cristal unic a fost găsit într-un meteorit căzut în Rusia Arhivat 12 decembrie 2016 la Wayback Machine (11 decembrie 2016)

Literatură

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii