Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Конспекты / Подборка материала для уроков по физике и химии "Квазикристаллы"
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 24 мая.

Подать заявку на курс
  • Физика

Подборка материала для уроков по физике и химии "Квазикристаллы"

библиотека
материалов

Квазикристалл — твёрдое тело, характеризующееся симметрией, запрещённой в классической кристаллографии, и наличием дальнего порядка. Обладает наряду с кристаллами дискретной картиной дифракции.

Квазикристаллы наблюдались впервые Данoм Шехтманом в экспериментах подифракции электронов на быстроохлаждённом сплаве Al6Mn,[1] проведенных 8 апреля 1982 года, за что ему в 2011 году была присвоена Нобелевская премия по химии. Первый открытый им квазикристаллический сплав получил название «шехтманит» (англ. Shechtmanite).[2] Статья Шехтмана не была принята к печати дважды и в сокращённом виде была в конце концов опубликована в соавторстве с привлечёнными им известными специалистами И. Блехом, Д. Гратиасом и Дж. Каном.[3] Полученная картина дифракции содержала типичные для кристаллов резкие (Брэгговские) пики, но при этом в целом имела точечную симметрию икосаэдра, то есть, в частности, обладала осью симметрии пятого порядка, невозможной в трёхмерной периодической решётке. Эксперимент с дифракцией изначально допускал объяснение необычного явления дифракцией на множественных кристаллических двойниках, сросшихся в зёрна с икосаэдрической симметрией. Однако вскоре более тонкие эксперименты доказали, что симметрия квазикристаллов присутствует на всех масштабах, вплоть до атомного, и необычные вещества действительно являются новой структурой организации материи.

Позднее выяснилось, что с квазикристаллами физики сталкивались задолго до их официального открытия, в частности, при изучении дебаеграмм, полученных по методу Дебая-Шерера от зёрен интерметаллидов валюминиевых сплавах в 1940-х годах. Однако в то время икосаэдрические квазикристаллы были ошибочно идентифицированы как кубические кристаллы с большой постоянной решетки. Предсказания о существованииикосаэдрической структуры в квазикристаллах были сделаны в 1981 году Кляйнертом и Маки[4].

В настоящее время известны сотни видов квазикристаллов, имеющих точечную симметрию икосаэдра, а также десяти-, восьми- и двенадцатиугольника.

hello_html_m317f6a70.jpgАтомная модель Al-Pd-Mn квазикристалла

СТРУКТУРА

  • Детерминистические и энтропийно-стабилизированные квазикристаллы

Существует две гипотезы о том, почему квазикристаллы являются (мета-)стабильными фазами. Согласно одной гипотезе, стабильность вызвана тем, что внутренняя энергия квазикристаллов минимальна по сравнению с другими фазами, как следствие, квазикристаллы должны быть стабильны и при температуре абсолютного нуля. При этом подходе имеет смысл говорить об определённых положениях атомов в идеальной квазикристаллической структуре, то есть мы имеем дело с детерминистическим квазикристаллом. Другая гипотеза предполагает определяющим вклад энтропии в стабильность. Энтропийно стабилизированные квазикристаллы при низких температурах принципиально нестабильны. Сейчас нет оснований считать, что реальные квазикристаллы стабилизируются исключительно за счёт энтропии.

  • Многомерное описание

Детерминистическое описание структуры квазикристаллов требует указать положение каждого атома, при этом соответствующая модель структуры должна воспроизводить экспериментально наблюдаемую картину дифракции. Общепринятый способ описания таких структур использует тот факт, что точечная симметрия, запрещённая для кристаллической решетки в трёхмерном пространстве, может быть разрешена в пространстве большей размерности D. Согласно таким моделям структуры, атомы в квазикристалле находятся в местах пересечения некоторого (симметричного) трёхмерного подпространства RD (называемого физическим подпространством) с периодически расположенными многообразиями с краем размерности D-3, трансверсальными физическому подпространству.

  • «Правила сборки»

Многомерное описание не даёт ответа на вопрос о том, как локальные межатомные взаимодействия могут стабилизировать квазикристалл. Квазикристаллы обладают парадоксальной с точки зрения классической кристаллографии структурой, предсказанной из теоретических соображений (мозаики Пенроуза). Теория мозаик Пенроуза позволила отойти от привычных представлений о федоровских кристаллографических группах (основанных на периодических заполнениях пространства).

МЕТАЛЛУРГИЯ

Получение квазикристаллов затрудняется тем, что все они либо метастабильны, либо образуются из расплава, состав которого отличается от состава твёрдой фазы (инконгруэнтность).

НАТУРАЛЬНЫЕ

Породы с природными Fe-Cu-Al-квазикристаллами найдены на Корякском нагорье в 1979 году. Однако только в 2009 году учёные из Принстона установили этот факт. В 2011 году они выпустили статью[5], в которой рассказали, что данный квазикристалл имеет внеземное происхождение[6]. Летом того же 2011 года в ходе экспедиции в Россию минералоги нашли новые образцы природных квазикристаллов.

СВОЙСТВА

  • Первоначально экспериментаторам удалось попасть в очень узкую «температурную щель» и получить квазикристаллические материалы с необычными новыми свойствами. Однако позже обнаружены квазикристаллы в системе Al-Cu-Li и других системах, которые могут быть устойчивыми вплоть до температуры плавления и расти практически при равновесных условиях, как и обычные кристаллы.

  • Электрическое сопротивление в квазикристаллах, в отличие от металлов, при низких температурах аномально велико, а с ростом температуры уменьшается. В слоистых квазикристаллах, вдоль оси упаковкиэлектросопротивление ведет себя как в нормальном металле, а в квазикристаллических слоях — описанным выше образом.

  • Магнитные свойства. Большинство квазикристаллических сплавов — диамагнетики, однако сплавы смарганцем — парамагнетики.

  • Механические свойстваУпругие свойства квазикристаллов ближе к упругим свойствам аморфных веществ, чем кристаллических. Они характеризуются пониженными по сравнению с кристаллами значениями упругих модулей. Однако квазикристаллы менее пластичны, чем сходные по составу кристаллы и, вероятно, они смогут играть роль упрочнителей в металлических сплавах.

  • КВАЗИКРИСТАЛЛ

  • (от лат. quasi - нечто вроде, как будто и кристалл), особый тип упаковки атомов в твердом в-ве,характеризующийся икосаэдрической (т. е. с осями 5-го порядка) симметрией, дальним ориентационнымпорядком и отсутствием трансляционной симметрии, присущей обычному кристаллическому состоянию.Квазикристалл им. упаковка атомов была открыта в быстро охлажденном металлическом сплаве Аl6 Мn(1984) и затем обнаружена в системах Al-Fe, Ni-Ti и др. Обычные кристаллы обладают трехмернойпериодичностью в расположении атомов, исключающей возможность существования осей симметрии 5-гопорядка. В аморфном (стеклообразном) состоянии возможны локальные группировки атомов с икосаэдрич.симметрией, но во всем объеме аморфного тела нет дальнего порядка в расположении атомов - нитрансляционного, ни ориентационного. К. может рассматриваться как промeжут. тип упорядоченностиатомов между истинно кристаллическим и стеклообразным. Двухмерной моделью К. являются упаковки("паркеты") ромбов с углом при вершине 360°/5 = 72° с осями симметрии 5-го порядка: при этом промежуткизаполняются другими ромбами с углом при вершине 360°/10=36° (узор Пенроза, рис. 1); совокупности этихромбов дают равновеликие десятиугольники. Угловая ориентация всех элементов паркета повторяется навсей плоскости - это и есть дальний ориснтационный порядок, но истинного трансляционного дальнегопорядка нет (хотя есть приблизительная периодичность вдоль нек-рых направлений).

hello_html_m28f4270a.jpg

Рис. 1. Двухмерная модель квазикристалла (выделены десятиугольники).

hello_html_5da56302.jpg

Рис. 2. Элементы структуры квазикристалла из пяти тетраэдров: фрагмент икосаэдра (а),32 - вершинниктриаконтаэдр (6).

Упаковка атомов в трехмерном пространстве К. может быть описана на основе многогранников, содержащихоси 5-го порядка, или фрагментов таких многогранников. На рис. 2,а показан характерный для К. фрагментикосаэдра (12-вершинника-двадцатигранника с точечной симметрией 53m), состоящий из 5 тетраэдров.Чтобы 6 вершинных атомов и центральный атом образовали плотную упаковку, радиус центрального атомадолжен быть несколько меньше, чем у вторичного атома; напр., в Аl6 Мn атомный радиус Мn-0,130 нм, Аl-0,143 нм. Фрагментами атомной структуры К. могут быть также трехмерные аналоги узоров Пенроза -острый и тупой ромбоэдры с углами при вершинах 63,43° и 116,57°, из к-рых можно сложить полиэдр -триаконтаэдр с симметрией 53m, имеющий 32 вершины (рис. 2,6). В упаковке атомов в К. могутнаблюдаться нарушения, аналогичные дислокациям (см. Дефекты). К. типа Аl6 Мn можно рассматриватькак метастабильные фазы. Однако существует структура К. типа сплава Al-Li-Cu-Mn, получаемая примедленном охлаждении расплава, к-рая является, по-видимому, равновесной. В настоящее времяразвиваются физ. теории квазикристаллич. состояния. Лит.: Маккей А. Л., "Кристаллография", 1981, т. 26, в.5, с. 910-19; Нельсон Д. Р., "В мире науки", 1986, № 10, 19-28; Levine D., Steinhardt P. J., "Rhys. Rev." ser. В.,1986, v. 34, № 2, p. 596-616. Б. К. Вайништейн.

Захар Гельман
«Химия и жизнь» №12, 2011

Вручение Нобелевской премии по химии в этом году Даниэлю Шехтману, профессору Израильского технологического института в Хайфе (Технион), за открытие квазикристаллов удивило многих. Кто-то впервые услышал об этом открытии, кто-то отрицал существование такой формы организации материи, а кто-то и вовсе не понимает, что это такое. С тем, что такое квазикристаллы, нашим читателям помогла разобраться предыдущая статья. А теперь мы предлагаем вам небольшое интервью с лауреатом, которое по просьбе «Химии и жизни» Даниэль Шехтман дал давнему другу нашего журнала и постоянному автору, химику и журналистуЗахару Гельману.

Почему так долго пришлось ждать признания? Ведь квазикристаллы вы открыли почти тридцать лет назад, в 1982 году.

Всегда какие-то ученые достигают успехов, которые выделяют их на фоне других. Но в наше время почти невозможно выявить ученого или коллектив исследователей, на несколько голов опережающих своих коллег. Ведь современные коммуникации, международные конференции, публикации в престижных журналах раздвигают стены любых лабораторий. Нобелевской премии достоин каждый ее лауреат, но не каждый достойный такую премию получает. Выбрать трудно.

И все-таки известно, что в определенном смысле вы шли против течения. Квазикристаллы, которые внешне вроде бы еще кристаллы, но по строению — аморфные вещества, вы выделили в новый отдельный класс тел. Против этого выступил один из выдающихся химиков-кристаллографов прошлого века Лайнус Полинг, дважды лауреат Нобелевской премии. Все-таки странно, что химик такого масштаба, по сути, отвергал все исследования по квазикристаллам.

hello_html_m72668754.jpg

Лайнус Полинг был моим главным оппонентом. Он посвятил десять лет жизни борьбе с моим открытием. Этот человек обладал огромным авторитетом, и не только в научном мире. В существование квазикристаллов он совершенно не верил. Это ведь его слова: «Нет квазикристаллов, есть квазиученые». Мне же лично он говорил: «Дани, вы несете чепуху!»

Чем объясняется предвзятое отношение Полинга к вашим исследованиям?

Это неверно! Никакой предвзятости и в помине не было. Просто научная позиция Полинга не допускала существования квазикристаллов. Ведь незыблемость принципа цикличности в организации материи еще совсем недавно разделяли большинство кристаллографов. У меня с Полингом были прекраснейшие личные отношения. Не раз, оказавшись на одних и тех же симпозиумах и конференциях, мы вместе обедали. Однажды я даже набрался смелости и прочитал ему лекцию. Обычно я предстаю в качестве лектора перед десятками и даже сотнями человек. А тут один, но великий!

Однако убедить Полинга вы все-таки не смогли?

Нет. Но именно тогда я понял, почему Полинг ни в коем случае не примет моих доводов. Он признался, что «никогда не смотрит в электронный микроскоп».

Вот это очень важный момент, многое объясняющий. Я беседовал с вашими коллегами из Научно-исследовательского института имени Хаима Вейцмана в Реховоте, бывшими москвичами Григорием Лейтусом и Александром Васкевичем, которые в свое время работали в Москве в академическом Институте металлургии им. А. А. Байкова и Институте стали и сплавов. И они в один голос утверждают, что вы — «тот ученый, который работает руками».

Да, но я еще и книги пишу. В принципе я мог бы порекомендовать Лайнусу Полингу ознакомиться с моей книгой. Но такая рекомендация знаменитому ученому, который сам написал множество трудов, выглядела бы по меньшей мере слишком самоуверенной. Основной труд Полинга «Природа химической связи и структура молекул и кристаллов» вышел в 1939 году, а потом многократно дополнялся и переиздавался. Примерно за полгода до смерти, в 1994 году, он предложил мне совместно написать книгу. Я согласился, но с условием, что он должен признать существование квазикристаллов. Полинг улыбнулся и высказался в том смысле, что «совместную книгу писать пока рано».

Довольно жесткий и даже обидный ответ. Не так ли?

Нет. Просто Полинг никогда не кривил душой. Он говорил то, что думал. Честно говоря, мне бы очень хотелось, чтобы признание моего открытия и Нобелевская премия случились еще при жизни этого великого ученого...

Нобелевские премии по химии в последние годы присуждали по меньшей мере двум ученым, нередко из разных стран. Вы — нобелиат-одиночка. Нельзя ли такое решение Нобелевского комитета объяснить тем, что ваши исследования намного опередили всех других претендентов-номинантов?

Этот вопрос правильнее было бы адресовать не мне, а Нобелевскому комитету и Шведской академии наук, которые выбирают лауреата. Повторю свою мысль: не каждый достойный ученый получает звание академика, а тем более Нобелевскую премию.

До 1982 года, когда впервые стали известны результаты ваших исследований, и особенно до 1984 года, когда в международном научном журнале была опубликована ваша основополагающая статья, кто-нибудь догадывался, что цикличность — не единственный способ организации атомов в пространстве?

По крайней мере, в средневековой Испании во времена владычества мусульман строили минареты и мечети с апериодическим мощением. Таково строение «квазикристаллов». Пример тому — дворец Альгамбра в Гранаде, украшенный «квазикристалльными» орнаментами. В Иране тоже встречаются такие здания, обычно культовые. Если принять, что составляющие этих орнаментов — «атомы», то, несомненно, надо признать существование почти тысячелетие назад догадок о строении особого рода тел, которые тогда не были известны. Однако зодчество средневековых архитекторов прямого отношения к химии не имеет. Важный вклад в математическое понимание апериодичности внес ныне здравствующий английский математик Роджер Пенроуз, который в 1976 году нарисовал мозаику, названную его именем.

Вы десятый израильтянин, удостоенный Нобелевской премии, и четвертый, получивший эту премию по химии. Советские, а затем и российские ученые получили немало Нобелевских премий в области науки, но большинство из них по физике. В области же химии нобелевским лауреатом стал только академик Николай Николаевич Семенов в 1956 году. Не связан ли факт получения израильтянами высших научных наград именно по химии с тем, что первый и четвертый президенты Израиля, Хаим Вейцман и Эфраим Кацир, настоящая фамилия которого Качальский, по специальности тоже были химиками и внесли важный вклад в эту науку?

Достижения в той или иной области науки напрямую никак не связаны с «административным ресурсом». По крайней мере, в Израиле такого не было и нет. Что же касается лично меня, то всю свою жизнь я провел в хайфском Технионе. Хотя набирался опыта и делился им также и в зарубежных университетах. До сих пор состою профессором университета штата Айова и сотрудником лаборатории министерства энергетики Соединенных Штатов. Но основное мое место работы — факультет материаловедения Техниона. Я горжусь курсом, который создал еще четверть века тому назад.

С финансами мне помог израильский венчурный фонд. Не могу не назвать Стефа Вертхаймера, крупнейшего израильского промышленника, металлурга по специальности, который помогал и продолжает помогать многим ученым. Этот незаурядный человек читал лекции по материаловедению моим студентам. Он же в индустриальном парке Лавон в Верхней Галилее создал профессиональный образовательный центр, включающий в себя школу и колледж технических наук. Замечу, что упомянутый вами Эфраим Кацир был биофизиком, а вот его брат Аарон Кацир, погибший от рук террористов, — выдающимся химиком.

Но дело не в этом. Я себя тоже не могу отнести, так сказать, к «чистым химикам». Кристаллография — междисциплинарная область, имеющая отношение не только к химии, но и к физике, математике и материаловедению. Убежден, что ХХI век — это век не какой-либо отдельной науки, а естествознания в целом. Говоря научным языком, на смену дивергенции пришла конвергенция. Единство материального мира диктует свои законы.

Известно, что вы жестко критикуете нынешний уровень образования, особенно в средней школе. Думаю, что не только меня смутило ваше предложение ввести закон, согласно которому родители несут уголовную ответственность за образование своих детей.

Боюсь, меня поняли превратно, поэтому поясню. Я говорил об ответственности родителей за то, чтобы дети изучали основные дисциплины естественно-научного и гуманитарного циклов. Если родители желают, чтобы их чада особенно отличились в познании иудаизма, ислама или христианства, то дети должны заниматься этим в свободное от основной учебы время. Но, подчеркиваю, я имею в виду государственные школы, получающие государственное финансирование. Мое внимание к среднему образованию объясняется тем, что школа воспитывает ребенка и дает ему базовые знания.

И поэтому при встрече с премьер-министром Биньямином Нетаньяху вы призвали его обратить внимание именно на школу?

Я высказал свое мнение по поводу уровня школьного образования в мире и свою принципиальную позицию в этом вопросе. В конце концов, во всех странах и на всех континентах школьники изучают одни и те же физические законы, математические теоремы и химические формулы. Не могу представить себе выпускника современной школы, не знающего математики — инструмента к познанию материального мира. Но и зацикливаться на теоремах и формулах было бы неправильно. Ведь багаж научных знаний для школьника не может расти в той же прогрессии, что для ученых или даже для студентов. Необходимо создавать интегративные междисциплинарные курсы, которые с позиции гуманитарных наук (например, истории, философии, социологии) знакомили бы школьников с последними достижениями науки. Иначе даже хорошо подготовленный старшеклассник ничего понять не сможет.

На ваш взгляд, с чего необходимо начинать реформу образования?

Прежде всего надо поднимать авторитет и профессиональный статус учителя. В Сингапуре я был приятно удивлен высокими зарплатами учителей, среди которых немалый процент составляют мужчины. Там на каждую учительскую вакансию претендуют девять кандидатов. В обществе должно ощущаться почтение к образованию. И очень важной мне видится проблема дисциплины в классе.

У меня нет сомнения, что именно в уважении к учителю и почтении к образованию вы растили своих детей. Две ваши дочери получили докторские степени, сын готовится к защите диссертации, а еще одна дочь получила медицинское образование и работает стоматологом.

(Смеется.) Вы забыли упомянуть, что моя жена Ципора — профессор психологии Хайфского университета. Если же говорить серьезно, то образование не определяется получением научных степеней. Нынешнее поколение не может ограничивать себя просто грамотностью. Пусть даже компьютерной.

Если я вас правильно понял, то нобелевские лауреаты «выкристаллизовываются» еще на школьной скамье. И молодые люди не должны получать «квазиобразование».

Совершенно верно! Потому что с «квазиобразованием» ни к каким кристаллам не подступишься!

Квазикристаллы - жители далекого космоса

Физик-теоретик Поль Штайнхардт не ожидал провести лето в путешествиях по тундре с целью посетить отдаленный регион на северо-востоке России, где добывается золото. Но оказалось, что здесь он проведет три недели в поисках следов происхождения единственного известного на сегодня в мире образца естественного квазикристалла - экзотической структуры, открытой в 1982 году в синтетическом материале Даном Шехтманом, который в 2011 году за это открытие получил Нобелевскую премию по химии.

Кажется, все не так просто: эта история повита таинственными записями дневников и даже контрабандой. Возможно, естественные квазикристаллы попали к нам с древнего метеорита, который имеет возраст 4,5 миллиарда лет: это вам не сегодняшние искусственные инновации. Квазикристаллы могут быть самыми древними, существующими на сегодня минералами.

Когда Шехтман впервые сообщил об атомарной структуре квазикристалла, исследователи были поражены. Вместо регулярной атомарной решетки с повторяемыми единицами (как нормальный кристалл), атомы были расположены определенным благоустроенным узором, который себя никогда не повторял. Этим он напоминал сложную трехмерную мозаику. Приблизительно в то самое время Штейнахардту, который тогда работал в Университете Пенсильвании в Филадельфии, выпала возможность поработать с математиком Дов Левитом над теорией этих неповторяемых узоров. Позднее ими был предложен термин квазикристалл.

После этого в лабораториях под контролем были созданы сотни синтетических квазикристаллов. Штейнхардт начал искать примеры квазикристаллов в природе, изучая ферросплавы, перебирая записи рентгеновских снимков дифракционных решеток других материалов, чтобы найти возможных кандидатов. Но ему это не удавалось, пока он не познакомился с Люком Бинди - минералогом из Музея национальной истории во Флоренции (Италия). Люк нашел зерно квазикристалла в миллиметровом куске горной породы из музейной коллекции. Зерно имело размер около 100 микрометров.

Штейнхардт и Бинди вместе с другими коллегами опубликовали в 2009 году статью в журнале Science, что этот квазикристалл не что другое, как квазикристаллический сплав алюминия, меди и железа. На ящике, где нашли эту породу, было указано, что пришли они из России, Корякских гор.

Позднее, Бинди вместе со Штейнхардтом и другими американскими учеными решили проанализировать породу из этих гор. Соотношение изотопов оксигена в кремниевых и оксидных минералах вокруг квазикристалла было таким же, как и в типичных минералах, найденных в метеоритах, которые имеют название углистые хондриты. Это свидетельствовало о том, что порода имеет неземное происхождение, а также и значительный возраст: гипотетически, все хондриты сформировались во время рождения Солнечной системы. Вероятно, квазикристалл из этого метеорита имеет такой же возраст. Его нашли переплетенным с кремниевым минералом, который получается лишь при высоких давлениях и температурах - что могло произойти при столкновенье между собой хондритных тел.

Mirnt.ru стало известно, что огромное количество известных на сегодня минералов на Земле не начали образовываться, пока благодаря тектонике плит не образовались новые типы физических и химических элементов среды. Только около сотни минералов создались задолго до этого, когда материя сливалась между собой в процессе формирования Солнечной системы. Поэтому если естественные квазикристаллы образовались в условиях космоса - а этот механизм исследователям пока что непонятен - тогда его можно поместить в категорию самых древних минералов.

История происхождения метеорита также загадочная. Как рассказывает Штейнхардт, музей Флоренции приобрел его в 1990 году в частного, ныне покойного, коллекционера в Амстердаме как часть коллекции с более чем 10,000 образцами. Бинди нашел жену покойного, которая разрешила ученым взглянуть в секретные записи дневника мужа, где они натолкнулись на детали «обмена» - или проще говоря, контрабандной операции - в Румынии. После дальнейшего «расследования» (во время этого пришлось даже пообщаться с бывшим русским секретным агентом спецслужб, который помог незаконно вывезти породу из России), ученые вышли на В.В. Кравченко - человека, который в 1979 году впервые выдолбил породу из глины в отделенном районе Чукотки.

А пока что поиск естественных квазикристаллов остается очень интересным занятием, а также и полезным. «Мне пришлось многое выучить из материаловедения, природоведения, и даже истории России», рассказывает он. Он надеется, что ученые будут продолжать искать необыкновенные дифракционные решетки – возможно даже в неметаллах.

hello_html_540be3ef.jpg

Единственный в мире образец природного квазикристалла буквально упал на Землю из космоса. Таков вывод группы учёных, проанализировавших образец столь необычного материала.

Напомним, именно за открытие квазикристаллов (quasicrystals) была вручена Нобелевка по химии в 2011 году. Но тогда было отмечено сугубо лабораторное достижение (кстати, 1980-х годов). А вот в природе квазикристаллы долгое время никак не находились.

Только в 2009 году было объявлено, что в Сибири обнаруженлюбопытный кусок скалы, а в ней – небольшие (не шире волоса) вкрапления очень странного минерала, которые учёные после кропотливого анализа признали первым в мире природным квазикристаллом.

hello_html_5f12a85a.jpg

В коробке на кусочке глины лежит маленький образец минерала, отпиленный от основного камня. Именно он и послужил предметом нового исследования (фото Paul Steinhardt).

Вернее, тот примечательный камушек принстонские исследователи «выкопали» годом ранее на полках музея естествознания во Флоренции в ходе масштабного «траления» тысяч образцов в поисках природных квазикристаллов.

Однако ярлык на экспонате гласил, что это минерал, привезённый некогда с Корякского нагорья.

Тот образец до сих пор так и остался единственным примером естественного квазикристалла в мире, хотя в лабораторных условиях физики и химики давно научились получать такие аномальные структуры (не подчиняющиеся классическим законам кристаллографии), причём придумали их уже около 100 видов.

И вот теперь исследователи из Принстонского университета проанализировали пропорции изотопов кислорода в крохотном образце, отколотом от того самого камня, а точнее, в пироксене и оливине, соседствующими с зёрнами квазикристалла.

hello_html_3c228283.jpg

Тёмные пятна в центре – кусочки квазикристалла под микроскопом. Они окружены со всех сторон бело-розовым минералом стишовитом. А его находят только в метеоритах и местах их ударов. Помимо «космических» изотопов кислорода это ещё одно свидетельство внеземного происхождения камня из Сибири. Кстати, стишовит образуется при высоком давлении, и квазикристалл икосаэдрит, по-видимому, тоже (фото Paul Steinhardt).

Эти соотношения оказались идентичными показателям самых древних известных метеоритов. Исследование ряда других минералов в составе того же камня показало аналогичный результат.

Потому учёные пришли к выводу, что минерал этот тоже является остатком метеорита.

Сформирован был этот кусок скалы, по оценке авторов работы, на заре существования Солнечной системы, 4,5 миллиарда лет назад. Так что и сам уникальный квазикристалл может быть старше Земли.

Один из исследователей, принстонский профессор Пол Стейнхардт (Paul Steinhardt), заявил: «Это открытие является важным свидетельством того, что квазикристаллы могут образовываться в природе в астрофизических условиях. Ещё оно предоставляет доказательства, что эта фаза вещества может оставаться стабильной на протяжении миллиардов лет».

(Детали анализа раскрывает статья в PNAS.)



Автор
Дата добавления 10.01.2016
Раздел Физика
Подраздел Конспекты
Просмотров234
Номер материала ДВ-321218
Получить свидетельство о публикации

Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх