Квазикристалл
Квазикристаллы — это структурные материалы, которые обладают атомной упорядоченностью, но не обладают периодической симметрией, которую обычно наблюдают в кристаллах. Эти материалы были впервые обнаружены в 1982 году и представляют собой уникальный класс твердых веществ.
Основное отличие квазикристаллов от обычных кристаллов заключается в их атомной структуре, которая обладает пространственной апериодичностью. В то время как кристаллические структуры характеризуются повторяющимися трехмерными узорами, квазикристаллы имеют атомные узоры, которые не повторяются периодически.
Квазикристаллы могут обнаруживаться в различных материалах, таких как металлы, полимеры и сплавы. Их уникальные свойства делают их интересными для исследования и применения в различных областях, таких как катализ, теплоотвод и создание новых функциональных материалов.
История
Квазикристаллы наблюдались впервые Даном Шехтманом в экспериментах по дифракции электронов на быстроохлаждённом сплаве Al6Mn, проведённых 8 апреля 1982 года, за что ему в 2011 году была присвоена Нобелевская премия по химии. Первый открытый им квазикристаллический сплав получил название «шехтманит» (англ. Shechtmanite). Статья Шехтмана не была принята к печати дважды и в сокращённом виде была в конце концов опубликована в соавторстве с привлечёнными им известными специалистами И. Блехом, Д. Гратиасом и Дж. Каном. Полученная картина дифракции содержала типичные для кристаллов резкие (Брэгговские) пики, но при этом в целом имела точечную симметрию икосаэдра, то есть, в частности, обладала осью симметрии пятого порядка, невозможной в трёхмерной периодической решётке. Эксперимент с дифракцией изначально допускал объяснение необычного явления дифракцией на множественных кристаллических двойниках, сросшихся в зёрна с икосаэдрической симметрией. Однако вскоре более тонкие эксперименты доказали, что симметрия квазикристаллов присутствует на всех масштабах, вплоть до атомного, и необычные вещества действительно являются новой структурой организации материи.
Позднее выяснилось, что с квазикристаллами физики сталкивались задолго до их официального открытия, в частности, при изучении дебаеграмм, полученных по методу Дебая-Шерера от зёрен интерметаллидов в алюминиевых сплавах в 1940-х годах. Однако в то время икосаэдрические квазикристаллы были ошибочно идентифицированы как кубические кристаллы с большой постоянной решётки. Предсказания о существовании икосаэдрической структуры в квазикристаллах были сделаны в 1981 году Кляйнертом и Маки.
В настоящее время известны сотни видов квазикристаллов, имеющих точечную симметрию икосаэдра, а также десяти-, восьми- и двенадцатиугольника.