Физици от Университетите на Токио и Тохоку за първи са заснели растежа на квазикристал. Оказа се, че елементите на квазикристалите се преподреждат в правилни структури по метода на "пробите и грешките" със скорост, зависеща от температурата.
От векове за кристалите се знае, че се състоят от единични елементи, които се копират и подредени заедно образуват цялата триизмерна кристална структура. Но при запълване на пространството с единични еднакви клетки са позволени симетрии само от 1, 2, 3, 4 и 6-ти ред. Няма кристални решетки със симетрия от 5-ти ред и над шести ред.
До 80-те години не се знаеше за съществуването на "фалшивите" кристали (квази- от латински quasi - мним, не съвсем). Те са междинна форма между аморфна и кристална и със "забранена" симетрия - 5 и над 6-ти порядък и с непериодична структура. (Повече за квазикристалите може да научите от статията "Квазикристалите - между два свята").
Структурите на квазикристалите могат да бъдат моделирани на базата на непериодично подредените мозайки на Пенроуз , имащи не само един, а два единични елемента.
Как растат квазикристалите
За да направят това уникално наблюдение, авторите са използвали метода на трансмисионна електронна микроскопия. Оказало се, че растежът се развива на принципа "проби и грешки". Изследването е публикувано в списание Physical Review Letters, а обобщение на резултатите от него може да се прочетат в списание Physics.
Авторите изследвали процеса на растеж на квазикристал на сплава със състав Al70.8Ni19.7Co9.5. В кристалната решетка на този материал обичайната периодичност на кристалите е нарушена, това e непериодична мозайка (виж Непериодичните мозайки – хаос и ред в забранени симетрии). Тя има симетрия от 10-ти порядък, което означава, че при завъртане около оста си от 360° кристалната решетка се подравнява сама със себе си десет пъти.
Вляво: изображение, получено с трансмисионна електронна микроскопия, в дясно - възстановка по изображение на мозаика на Пенроуз. A и B на изображението вляво отговарят на два квазикристала, кристал A расте, поглъщайки кристал B. Изображение: Keisuke Nagao et al. / Physical Review Letters, 2015
Подредба по Фибоначи
Значително по-трудно от обикновен кристал е да се изгради плочка по-плочка квазикристал, като се използват само локалните взаимодействия.
Квазикристалът се построява от последователни широки слоеве (W) и тесни слоеве (N), където W и N са подредени в предвидим, но непериодичен начин по реда на Фибоначи. За да се получи периодичността е необходимо вземе двойка слоеве WN, които после се преобразуват по закона W → WN, N → W.
Всеки член от редицата на Фибоначи се образува от сбора на предишните два:
WN
WNW
WNWWN
WNWWNWNW
WNWWNWNWWNWWN
...
Фрагмент на идеална мозайка на Пенроуз, илюстрираща част от реда на Фибоначи от широки (W) и тесни (N) редове от зелени плочки. На W и N Слоевете са разделени от редове други плочки (светло сини), които имат ръбове, перпендикулярни на средната ориентация на предишния ред плочки. Слоевете N имат тесни точки (червени точки), където разделителните слоеве се докосват, докато W слоеве остават напълно изолирани от разделителните слоеве. Идеалната облицовка изисква следващия слой да бъде W, според реда на Фибоначи. Но Кейчи Едагава (Keiichi Edagawa) и колегите му от Университета Токио и Тохоку са наблюдава система, в която се появява понякога слой N, но при определена температура, плочките се обръщат и се превръщат в W слой. Илюстрация: APS / Joan Tycko
Досега не бе известно как се задава такава последователност на растеж. В новата работа физиците показват, че при реални условия последователността на разполагане на слоевете може да бъде нарушена: вместо широк слой може да се появи тънък слой, който след това да се коригира с разместване. Скоростта на коригиращото разместване зависи от температурата, при която става процесът на растеж, така при температура 1183 Келвин дефектът изчезва за около една секунда, а при температура от 1123 Келвин - 10-20 секунди. За 15 секунди физиците са наблюдавали увеличение на кристала с 18.3 нанометра.
Според авторите, разбирането на механизма, позволява да се обясни по-добре резултатите от опитите за синтез на квазикристали. Например рязкото охлаждане на кристалите в процеса на растеж не позволява да се получат идеални мозайки на Пенроуз, защото процесът на преструктуриране на дефектите няма време да се случи. Но ако растежът е достатъчно бавен, се оформят обекти с почти перфектна решетка. При такива условия, те имат достатъчно време, за опраяне на дефектите.
Квазикристалите са открити от Даниел Шехтман (Dan Shechtman) през 1982 г. при изследването на сплави Al6Mn, за което получава Нобелова награда през 2011 г.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари