У тестирању прве атомске бомбе у Аламогорду, у Новом Мексику, 16. јула 1945. створени су „немогући кристали”, тзв. квазикристали.
Према истраживању представљеном у часопису Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS), током „Тринити” теста, који је био део пројекта „Менхетн”, дошло је до спајања околног песка, материјала из опитног торња и бакрених водова у стакленасти материјал, легуру која је по догађају названа тринитит.
Троструко јединствено
Научни тим са више америчких универзитета и лабораторија недавно је у узорцима црвеног тринитита прикупљеног на месту експлозије открио присуство двадесетостраног квазикристала, састављеног од силицијума, бакра, калцијума и гвожђа – Si61Cu30Ca7Fe2. Овај квазикристал је најстарији познати квазикристал створен људским деловањем, први је с таквим саставом елемената, а посебно је занимљиво то што су тренутак и место његова настанка, иако је настао случајно, добро познати.
Необична својства
Kвазипериодични кристали или, краће, квазикристали су лврсте твари чије се атомске структуре, за разлику од оних у уобичајеним кристалима, не понављају на регуларан начин сличан структурама изграђеним од цигли. Њихова је структура уређена, али није периодична, у смислу да се понавља на неки регуларан начин.
Апериодични мозаици, попут оних који се налазе у средњовековним исламским мозаицима палате Алхамбра у Шпанији, помогли су научницима да схвате како квазикристали изгледају на атомском нивоу. У тим мозаицима, као и у квазикристалима, обрасци су правилни – следе математичка правила – али се никада не понављају. Док обичне кристалне структуре изгледају идентично када се транслатирају, односно помакну по одређеним смеровима, квазикристали имају симетрије које су се некад сматрале немогућима.
Kвазикристални узорак може континуирано испуњавати сав расположиви простор, али му недостаје транслацијска симетрија. Занимљива одлика таквих узорака јесте да се математичка константа, позната као грчко слово тау, или „златни пресек”, у њима јавља изнова и изнова. Примерице, неки квазикристали имају пентагоналну симетрију па изгледају исто ако се окрену око било које осе ротације за петину пуног круга, што је иначе својство двадесетостраног тела, икосаедра.
Својства им се битно разликују од својстава класичних кристала. Упркос томе што су метали, слаби су проводници електричне струје и топлотее, а такође су и тврди и крти. Након открића њихових занимљивих својстава почели су се лабораторијски производити. Међу осталим, користе се у супериздржљивим врстама челика, за израду слојева у тавама за пржење и у посебним уређајима за емисију светла, примерице као емитирајуће површине у LED диодама.
Откриће немогућих
Први их је открио израелски научник Данијел Шектман, за шта је 1996. добио Нобелову награду. Он је још 1982. у вештачки створеној легури открио двадесетострани кристал у којем су атоми били спојени у узорак који је немогуће поновити. До тада су научници мислили да атомски обрасци у кристалима морају бити симетрични и да се морају понављати (илустрација доле). „То откриће је квазикристале представило као очаравајуће арапске мозаике репродуковане на нивоу атома који се никада не понављају”, појаснио је Одбор за доделу Нобелове награде у коментару своје одлуке. Шектман је 2013. године посетио Хрватску, одржао неколико предавања и дао интервју аутору ових редака на тему „Kако Хрватска помоћу науке може постати обећана земља”.
Отприлике у исто време теоријски физичар Пол Стајнхард и сарадници почели су истраживати могућност постојања тродимензионалних структура које се не понављају. Оне су имале исту симетрију као икосаедар, тело с двадесет површи, но били су састављени од неколико различитих врста градивних блокова који се никада нису поновили у истом узорку.
Математичар и физичар Роџер Пенроуз и неки други научници пре тога су открили аналогне узорке у две димензије, који се називају Пенроузовим поплочавањем. Након открића 2011. научници су синтетисали многе врсте квазикристала, проширујући распон могућих забрањених симетрија.
Екстремно стварање
Пол Стајнхард и колеге касније су пронашли први икосахедрит у природи у фрагментима метеорита нађеног у источном Сибиру у Русији. Претпоставили су да је метеорит настао у судару два астероида у раном Сунчевом систему. Неки од вештачки направљених квазикристала такође су створени сударањем материјала великим брзинама, па су се Стајнхард и његов тим питали да ли би ударни таласи нуклеарних експлозија такође могли стварати квазикристале.
У експериметнту „Тринити” 1945. на торњу високом 30-ак метара детонирана је плутонијумска нуклеарна бомба. Торањ је био опремљен сензорима и кабловима. У експлозији је створен стакласти материјал који су научници назвали тринитит. Kвазикристали се често састоје од материјала који се уобичајено не комбинују заједно.
Попут већине познатих квазикристала, чини се да је и структура тринитита легура – материјал сличан металу који се састоји од позитивних јона у мору електрона. То је необично за силицијум, који се обично јавља у стенама у оксидисаном облику: обртање оксидације захтевало би екстремне услове, попут јаке топлоте и притиска ударног таласа, рекао је за Nature Линколн Холистер, геознаучник Принстона.
Откриће у тринититу
Након 10 месеци помног истраживања црвеног тринитита, Стајнхард и сарадници открили су мало зрно квазикристала икосаедричне симетрије попут оне у Шектмановом изворном открићу. „Доминација силиција у његовој структури прилично је посебна”, рекла је за Nature Валерија Молинеро, теоријска хемичарка са Универзитета Јута у Солт Лејк Ситију. „Међутим, након што су у лабораторији синтетисани многи квазикристали, оно што ми се чини заиста интригантним јесте то што су тако ретки у природи.”
Стајнхард сматра да би разлог томе могла бити чињеница да стварање квазикристала укључује „необичне комбинације елемената и необичне распореде” који у природи могу настати само у екстремним условима. Због таквих својстава они би се могли користити за својеврсну нуклеарну форензичку науку јер би могли откривати места на којима се догодило тајно нуклеарно испитивање. Kвазикристали се могу стварати и у другим материјалима који су настали у екстремним условима, попут фулгурита, који настаје приликом удара грома у стене, песак или друге седименте.
(Извор Индекс)
