Novi materijal slijedi princip antiknih obloga

Eksperiment istodobno stvara kristalne i kvazikristalne strukture

Nadimak pet laserskih zraka u kvazikristalnu strukturu. U određenim intenzitetima svjetla formira se uzorak (crvene linije) sličan Arhimedovim pločicama. © Sveučilište u Stuttgartu
čitati naglas

Na veliko iznenađenje fizičara, sićušne plastične kuglice raspoređene su u laserskoj rešetki prema obrascu koji nalikuje već poznatom u antičkim vremenima Arhimedovoj pločici. Ova struktura prvi put kombinira i kristalne i kvazikristalne elemente u jednoj tvari, kao što su istraživači objavili u „Nature“. Budući da se kvazikristali i kristali obično značajno razlikuju u fizičkom i kemijskom ponašanju, nova struktura može imati prethodno nepoznata svojstva.

Ako pokušate obložiti kupaonicu peterokutnim pločicama, zid nećete moći potpuno prekriti. To je moguće samo s trokutastim, kvadratnim ili šesterokutnim pločicama. Dugo se činilo kao da se priroda pridržava tog načela. 1984. godine, međutim, izraelski fizičar Dan Shechtmann prvi je izvjestio petostruke kristale. Površine takozvanih kvazikristala mogu se sastojati od pločica različitih oblika - uključujući i peterokutne.

Plastične kuglice u laserskoj mreži

Sada su fizičari na Sveučilištu u Stuttgartu i Institutu Max Planck za istraživanje metala otkrili strukture koje su istodobno kristalne i kvazikristalne. Nadimajući pet laserskih zraka, istraživači su stvorili svjetlosnu mrežu s kvazikristalnom strukturom. U udubinama ove rešetke uhvatili su jedan sloj plastičnih kuglica od tri mikrona kako plutaju u vodi koje se mogu promatrati izravno mikroskopom. Pri visokim intenzitetima i odgovarajuće niskim potencijalnim bušotinama, svjetlosna mreža prisilila je kuglice u kvazikristalni red s peterokutnim osnovnim elementima u obliku zvijezde i dijamanta.

No, pri niskom intenzitetu, čestice koje su bile negativno nabijene jedva su osjetile svjetlosnu zavjesu. U tim su se uvjetima strogo periodično pozicionirali, pri čemu je svaka čestica bila okružena sa šest susjeda na istoj udaljenosti. Do sada su se mikročestice ponašale nimalo drugačije nego što su znanstvenici očekivali.

Struktura kristalne i kvazikristalne istodobno

"Ono što nas je iznenadilo je nova struktura, koju smo promatrali u srednjim intenzitetima", kaže profesor Clemens Bechinger, voditelj 2. Instituta za fiziku Sveučilišta u Stuttgartu i suradnik Instituta Max Planck za istraživanje metala. Plastične sfere smještene su strogo periodično u jednom smjeru kao u kristalu. "Okomito na ovaj smjer, čestice su također poredane, ali ne poput kristala, već poput kvazikristala", objašnjava doktorski studij Jules Mikhael. prikaz

Očito, natjecanje između interakcije čestica i njihove interakcije sa svjetlosnim poljem dovodi do stvaranja strukture koja ima i kristalni i kvazikristalni aspekt. Postoje pojasevi trgova na kojima se jasno može vidjeti

Neperiodični ritam ponekad je odvojen jednim, a ponekad dvostrukim nizom jednakostraničnih trokuta.

Paralele s "Pločicama Arhimeda"

Ta struktura nalikuje određenom obliku arhimedskih popločavanja, koje je već spomenuo Arhimed i potpuno opisao 1619. Johannes Kepler. Archimedesove pločice imaju dva uvjeta: svi su im rubovi iste duljine, bilo da su pločice s tri, četiri ili više uglova. Za drugu, lokal mora

Oko svake vrhove gdje se susreću pločice.

Prema ovom principu konstrukcije, može se izraditi jedanaest različitih obloga s kojima se površine mogu u potpunosti prekriti. U jednom od njih izmjenjuju se redovi kvadrata i jednakostranični trokut.

Mješovita struktura uzbudljivih svojstava

Obrazac koji smo pronašli je u potpunosti identičan s tim pločicama u kratkim intervalima, ali na većim skalama duljina odstupa od toga, budući da je strogo periodični Arhimed Inače, uzorak ne bi bio kompatibilan s kvaziperiodnom strukturom svjetlosne mreže ", objašnjava Bechinger.

Budući da kristali i kvazikristali predstavljaju potpuno različite klase materijala i imaju jasno različita fizička i kemijska svojstva, promatrana mješovita struktura isprva je zapanjujuća. "Kombinacija kristalnih i kvazikristalnih elemenata omogućava nam očekivanje da mješovita struktura koju smo promatrali pokazuje zanimljiva nova svojstva materijala", kaže istraživač.

(Sveučilište u Stuttgartu, 24.07.2008. - NPO)