@ 2019.01.07 , 15:00

准晶体:被诺贝尔奖认可的“胡言乱语”

丹·谢赫特曼Dan Shechtman凭借“胡说八道”而获得了诺贝尔奖。

40年前,他开始向化学家们推销他的新发现——一种被称为准晶体的,“不可能”存在的材料。然而,当时最伟大的化学家、两次获得诺贝尔奖的莱纳斯·鲍林Linus Pauling公开嘲讽道:“世界上根本就没有什么准晶体,只有准科学家。”

最近,布朗大学的化学家又得到了一种全新的准晶体超晶格,它是同一种纳米粒子构建出的基于奇异形状量子点的自构造晶格结构。

“以前根据数学理论,知道这种结构是可以存在的,但从来没得到过实物。”布朗大学化学系助理教授欧晨说,“这是一种全新的准晶体,我们已经找出了规律,能够特意制造出它。”

最早的准晶材料是一种含有铝元素的金属合金,Shechtman因此在2011年被授予了诺贝尔化学奖——在他被化学界质疑了数十年之后,嘿~。

准晶体,亦称为“准晶”或“拟晶”,是一种介于晶体和非晶体之间的固体结构。在准晶的原子排列中,其结构是长程有序的,这一点和晶体相似;但是准晶不具备平移对称性,这一点又和晶体不同。普通晶体具有的是二次、三次、四次或六次旋转对称性,但是准晶的布拉格衍射图具有其他的对称性,例如五次对称性或者更高的六次以上对称性。

今天,此类晶体的发现被认为是晶体学研究中的一次突破,同时,它们也具有很高的应用价值。

目前主要被用于各种仪器的不粘或防腐涂层,但晚近的研究显示,准晶体可以操纵光线,具有充当隐形材料的潜质。

回到布朗大学的化学家团队,有趣的是,他们最初的目标只是是简单地从纳米级元件构建出宏观的结构。

该研究的主要作者Yasutaka Nagaoka说:“当我意识到我所看到的模式是一种准晶体时,我立刻给欧发了电子邮件,告诉他'我们发现了非常棒的东西'。”

他们利用透射电子显微镜,将颗粒拼成10边型,结果得到了具有10倍旋转对称的非重复性结构。。

准晶体:被诺贝尔奖认可的“胡言乱语”
(Chen Lab/Brown University)

诀窍在于为了填补晶格空间,十边形会发生弯曲,定点粘连形成其他边数的多边形。

“晶格被塞到狭小的空间里,它们必须和平共存,”欧晨说,“因此它们在必要时,能够灵活地改变自身的边数。”

上述特性被该团队称之为“柔性平铺规则”,利用这一原理,材料学家可以开发出新的准晶体——受益者不仅是材料化学家,也包括任何寻求创造新模式的人,无论是设计师,还是数学家。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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