«Обнаружение второго встречающегося в природе квазикристалла подтверждает, что эти материалы могут образовываться в природе и стабильны в космических масштабах времени», – сказал Пол Стейнхардт, профессор науки имени Альберта Эйнштейна из Принстона и профессор физики, который вместе с Лукой Бинди руководил исследованием. Флорентийский университет. Команда опубликовала результаты в выпуске журнала Scientific Reports от 13 марта.
По словам Стейнхардта, это открытие повышает вероятность того, что в природе могут образовываться квазикристаллы других типов.
Квазикристаллы очень твердые, имеют низкое трение и плохо проводят тепло, что делает их хорошими кандидатами для таких применений, как защитные покрытия на различных предметах, от самолетов до посуды с антипригарным покрытием.
Недавно обнаруженный квазикристалл, название которого еще предстоит назвать, имеет структуру, напоминающую плоские 10-сторонние диски, уложенные в колонну.
Такой тип структуры невозможен в обычных кристаллах, в которых атомы плотно упакованы вместе повторяющимся и упорядоченным образом. Разницу между кристаллами и квазикристаллами можно визуализировать, представив плиточный пол: плитки, представляющие собой шестиугольники с шестью сторонами, могут аккуратно прилегать друг к другу, покрывая весь пол. Но 5-сторонние пятиугольники или 10-сторонние десятиугольники, расположенные рядом с каждым из них, приведут к образованию промежутков между плитками. «Структура говорит:« Я не кристалл, но, с другой стороны, я тоже не случайный », – сказал Стейнхардт.
Кристаллы с этой запрещенной симметрией были созданы в лаборатории, но только в 2009 году Бинди, Стейнхардт, Нан Яо из Принстона и Питер Лу из Гарварда сообщили о первом природном квазикристалле, теперь известном как икосаэдрит, в породе, которая была собраны много лет назад на Чукотке, Россия. Чтобы подтвердить, что этот квазикристалл, имеющий пятикратную симметрию футбольного мяча, действительно имеет естественное происхождение, Стейнхардт и группа ученых, включая геологов из Российской академии наук, отправились в регион в 2011 году и вернулись с дополнительными образцами, которые они анализировали во Флорентийском университете; Смитсоновский музей в Вашингтоне, округ Колумбия; Калифорнийский технологический институт; и Центр визуализации и анализа Принстонского института науки и технологии материалов (PRISM).
Исследователи подтвердили, что квазикристалл произошел от внеземного тела, которое сформировалось около 4.57 миллиардов лет назад, примерно в то время, когда образовалась наша солнечная система.
Они опубликовали результаты в Proceedings of the National Academy of Sciences в 2012 году. «Возвращение материала и демонстрация его естественного происхождения было важным научным препятствием, которое необходимо преодолеть», – сказал Стейнхардт.
Этот новый квазикристалл, обнаруженный в другом зерне того же метеорита, имеет 10-кратную или десятиугольную симметрию. Он состоит из алюминия, никеля и железа, которые обычно не встречаются вместе в одном минерале, потому что алюминий быстро связывается с кислородом, блокируя прикрепление к никелю и железу.
Сейчас исследователи изучают, как образовался минерал: «Мы знаем, что был удар метеора, и что температура была от 1000 до 1200 градусов по Кельвину, а давление было в сто тысяч раз выше атмосферного давления, но этого недостаточно. чтобы рассказать нам все подробности ", – сказал Стейнхардт. «Мы хотели бы знать, происходит ли образование квазикристаллов редко или довольно часто, как это происходит и может ли это происходить в других солнечных системах. То, что мы узнаем, может ответить на основные вопросы о материалах, обнаруженных в нашей Вселенной."