Новости

Nov 08, 2023

Квазикристалл найден в «окаменевшей молнии»

Квазикристалл, который, вероятно, образовался в результате сильного электрического разряда через

Квазикристалл, который, вероятно, образовался в результате сильного электрического разряда в песчаной дюне, был обнаружен исследователями из США и Италии. Команда под руководством Пола Стейнхардта из Принстонского университета надеется, что их открытие может привести к разработке новых методов создания искусственных квазикристаллов и помочь ученым найти другие природные образцы.

Квазикристаллы — это твердые материалы с атомной структурой, обладающей дальним порядком, но лишенной трансляционной симметрии, присущей обычным кристаллам. Вместо этого они демонстрируют только вращательную симметрию, и это любопытное расположение придает квазикристаллам ряд экзотических механических, электрических и оптических свойств. Когда-то считавшиеся невозможными, квазикристаллы были впервые идентифицированы в 1982 году, и с тех пор было разработано несколько различных методов синтеза этих материалов, включая осаждение из паровой фазы и медленное закаливание жидких состояний.

Однако в природе условия, необходимые для образования квазикристаллов, исключительно редки, и первый природный образец был обнаружен Стейнхардтом и его коллегами в 2009 году. За этим последовала экспедиция в Сибирь под руководством Стейнхардта, искавшая источник этого образца и подтвердившая, что он был частью метеорита.

Как только было установлено, что квазикристаллы действительно существуют в природе, началась гонка за поиском новых примеров. Теперь Стейнхардт и его коллеги обнаружили новый тип квазикристалла в образце фульгурита. Фульгуриты, получившие название «окаменелая молния», представляют собой трубки из расплавленного материала, образующиеся при прохождении через песок большого электрического тока. Их образец был доставлен из Сэнд-Хиллз на северо-центре Небраски и был обнаружен недалеко от обрушившейся линии электропередачи, что привело к появлению в образце следов металла.

Квазикристалл химического состава Mn72,3Si15,6Cr9,7Al1,8Ni0,6 находился в зерне миллиметрового размера, запертом внутри фульгурита. Там квазикристалл сосуществовал с более традиционной кубической решеткой. Квазикристалл имеет равноотстоящие друг от друга атомные слои, каждый из которых имеет 12-кратную вращательную симметрию, что невозможно в обычных кристаллах с трансляционной симметрией.

Квазикристаллический конденсат Бозе-Эйнштейна дает представление о физике в более высоких измерениях.

Изучая образец, Стейнхардт и его коллеги смогли собрать воедино информацию о его формировании. Они полагают, что квазикристалл, вероятно, образовался во время сильного электрического разряда в песке. Причиной могло стать обрыв линии электропередачи, удар молнии или сочетание того и другого. Независимо от источника, выброс мог вызвать экстремальные температуры, превышающие 1710 °C. Это, по их словам, создало бы условия, необходимые для образования квазикристалла в области между следами алюминиевого сплава от линии электропередачи и плавленым силикатным стеклом из песка.

Команда Стейнхардта надеется, что это открытие может привести к новым методам синтеза квазикристаллов посредством контролируемых электрических разрядов в лаборатории. Это может позволить исследователям создавать новые экзотические свойства и даже помочь им лучше определять места, где можно найти природные квазикристаллы, как на Земле, так и в космосе.

Исследование описано в Трудах Национальной академии наук.