准晶
准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有完全有序的结构,然而又不具有晶体所应有的平移对称性,因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。2009年7月,美国科学家终于在自然界中发现了之前只能够在实验室中得到的物质——准晶。他们在一种名为khatyrkite的岩石中找到了准晶。这一发现也使得准晶被划入了一种真实存在的矿物质。
提问 编辑摘要准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有完全有序的结构,然而又不具有晶体所应有的平移对称性,因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。
一种典型的准晶结构是三维空间的彭罗斯拼图(Penrose)。二维空间的彭罗斯拼图由内角为36度、144度和72度、108度的两种菱形组成,能够无缝隙无交叠地排满二维平面。这种拼图没有平移对称性,但是具有长程的有序结构,并且具有晶体所不允许的五次旋转对称性。
直至20世纪80年代,人们把固体材料分为两大类,一类是晶体,其中原子作规则排列;另一类是非晶体,原子混乱排列。德国科学家在1850年就总结出晶体的平移周期性,即晶体中原子的三维周期排列方式可以概括为14种空间点阵。受这种平移对称约束、晶体的旋转对称只能有1、2、3、4、6等5种旋转铀。这种限制就像生活中不能用正五角形拼块铺满地面一样,晶体中原子排列是不允许出现5次或6次以上的旋转对称性的。
1984年中国、美国、法国和以色列等国家的学者几乎同时在淬冷合金中发现了存在有5次对称轴,确证这些合金相是具有长程定向有序,而没有周期平移有序的一种封闭的正20面体相,并称之为准晶体。以后又陆续发现了具有8次、10次、12次对称的准晶结构。
5次对称性和准晶的发现对传统晶体学产生了强烈的冲击,它为物质微观结构的研究增添了新的内容,为新材料的发展开拓了新的领域。
2009年7月15日,据美国《科学》杂志在线新闻报道,自从科学家在25年之前首次制造出这种物质以来,他们一直在寻思自然界是否也有能力形成这种物质。为了找到答案,研究人员在那些包含有形成准晶的物质——铝、铜和铁——的岩石中展开了搜索。
一个计算机程序最终帮助科学家缩小了范围——他们在一种名为khatyrkite的岩石中找到了准晶。这一发现也使得准晶被划入了一种真实存在的矿物质。研究人员《科学》杂志上报告了这一发现。
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