Квазікристали, які змінили уявлення про кристали

Нобелівська премія з хімії-2011 присуджена ізраїльському вченому Деніелю Шехтману (Ізраїльський інститут технологій) за відкриття квазікристалів.


Своє відкриття Деніель Шехтман зробив у 1982 році, коли заглянув в електронний мікроскоп, вивчаючи сплав алюмінію з марганцем, і побачив дивовижну картину його атомної будови, яка не співвідносилася з класичними уявленнями про кристалічну структуру. Дифракційна картина структури сплаву говорила про те, що перед ним кристал з незвичайною симетрією. Більш того, обертання кристала показало, що ця симетрія п'ятого порядку, тобто кристал збігається сам з собою при повороті навколо осі симетрії на 360/5 = 72 градуси, що суперечило законам природи. Іншою відмінною властивістю незвичайної кристалічної структури була відсутність у ній далекого порядку, тобто вона не відтворювала сама себе зі суворою періодичністю, що ніяк не вкладалося в наукові уявлення про кристал.


Не дивно, що такі сенсаційні результати не були сприйняті колегами вченого - Деніеля Шехтмана вигнали з лабораторії Американського національного інституту стандартів і технології (NIST), а його стаття, спрямована в Journal of Applied Physics, не була прийнята до публікації. Лише після відтворення експериментів Шехтмана спільно з іншими вченими - відомими авторитетами в області кристалографії, нова стаття з співавторами була прийнята і вийшла в журналі Physical Review Letters. У цей же самий час і інші вчені-кристалографи по всьому світу почали спостерігати схожі дифракційні картини для інших матеріалів.

За експериментами кристалографів послідував математичний опис атомної структури квазікристалу - так була названа нова структура.

У 1992 р. Міжнародний Союз кристалографії змінив визначення самого поняття «кристал», яке, завдяки Шехтману, стало більш широким, і включало поправку на можливі майбутні відкриття нових видів кристалів.

За минулі роки відкрито багато квазікристалічних сплавів, причому не тільки з симетрією п'ятого, але і восьмого, десятого і дванадцятого порядків. Ці сплави проявляють властивості, що часом сильно відрізняються від металевих. Наприклад, їхній електричний опір зі зростанням температури падає, а не зростає, вони мають низьку теплопровідність. А відсутність періодичності уповільнює рух дислокацій (лінійних дефектів кристала), що підвищує міцнісні характеристики матеріалу. Цю властивість вже використовують для розробки легких і міцних сплавів для авіації.

COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND