ZLATNI PRESEK

NEMOGUĆI KRISTALI

175 pregleda
Ilustracija

Naučnici tresli kutiju punu čestica, nastao neobičan novi materijal.

Tim fizičara sa Univerziteta Pariz-Sakle u Francuskoj prvi je zabeležio čudnu kombinaciju reda i haosa poznatu kao nemogući kristal (kvazikristal), koja se spontano pojavila u zrncima na milimetarskoj skali.Ako bismo za kristale kazali da su otelovljenje elegancije i strukture, onda bismo kvazikristale opisali kao neuglednog brata ili sestru. Prvi ih je otkrio izraelski naučnik Danijel Šektman, za što je 1996. dobio Nobelovu nagradu. On je još 1982. u veštački stvorenoj leguri otkrio dvadesetostrani kristal sa atomima spojenim u uzorak koji je nemoguće ponoviti. Do tada su naučnici mislili da atomski obrasci u kristalima moraju biti simetrični i da se moraju ponavljati; drugim rečima, da kvazikristali ne mogu postojati, piše Science Alert.

Neobična svojstva

Kvaziperiodični kristali ili kraće kvazikristali su čvrsti materijali čije se atomske strukture, za razliku od onih u uobičajenim kristalima, ne ponavljaju na regularan način sličan strukturama izgrađenim od cigli. Njihova je struktura uređena, ali nije periodična u smislu da se ponavlja na neki regularan način. Aperiodični mozaici, poput onih koji se nalaze u srednjovekovnim islamskim mozaicima palate Alhambra u Španiji, pomogli su istraživačima da shvate kako kvazikristali izgledaju na atomskoj ravni. U tim mozaicima, kao i u kvazikristalima, obrasci su pravilni – slede matematička pravila – ali se nikada ne ponavljaju.

Stavili su u plitko spremište 3.840 čeličnih kuglica dva različita prečnika, jedne su bile nešto manje od 2,4 milimetra, a druge od 1,2 milimetra. Zatim su tresli skladište brzinom od 120 puta u sekundi i snimali kako se formira raspored kuglica.

Dok obične kristalne strukture izgledaju identično kada se pomaknu po određenim smerovima (translacija), kvazikristali imaju simetrije koje su se nekad smatrale nemogućima. Kvazikristalni uzorak može kontinuirano ispunjavati sav raspoloživ prostor, ali mu nedostaje translaciona simetrija.Zanimljiva odlika takvih uzoraka je da se matematička konstanta, poznata kao grčko slovo tau ili zlatni prsek, u njima javlja iznova i iznova. Primerice, neki kvazikristali imaju pentagonalnu simetriju pa izgledaju isto ako se okrenu oko bilo koje ose rotacije za petinu punog kruga, što je inače svojstvo dvadesetostranog tela, ikosaedra.

Svojstva im se bitno razlikuju od onih kod klasičnih kristala. Uprkos tome što su metali, slabi su provodnici električne struje i toplote, a takođe su tvrdi i kruti. Nakon otkrića njihovih zanimljivih svojstava počeli su se laboratorijski proizvoditi. Među ostalim, koriste se u superizdržljivim vrstama čelika, za izradu slojeva u tavama za prženje i u posebnim uređajima za emisiju svetla, recimo kao emitujuće površine u led diodama.

Kuglice i opklada

S obzirom na to da se u novije vreme otkriva sve više kvazikristala (i u laboratoriji i u prirodi), izgleda da njihova struktura nije toliko nemoguća kao što su fizičari nekad mislili i da se mogu spontano formirati na različitim nivoima. Stoga su naučnici počeli razmišljati o veličini čestica i uslovima pod kojima bi se određene vrste materijala mogle same okupiti u kvazikristalni uzorak.

Prvo su se bacili na računarske simulacije da identifikuju odnos veličina sfera i prečnike malih i velikih čestica koje bi mogle formirati rasporede što odražavaju kvazikristalnu simetriju. Zatim su na temelju simulacija odredili veličinu kuglica potrebnih za eksperiment. Stavili su u plitko spremište 3.840 čeličnih kuglica dva različita prečnika, jedne su bile nešto manje od 2,4 milimetra, a druge od 1,2 milimetra. Zatim su tresli skladište brzinom od 120 puta u sekundi i snimali kako se formira raspored kuglica.

Nakon sedam dana trešnja zabeležili značajnu meru pojavljivanja malih, lokalizovanih konfiguracija. Pojavio se zanimljiv snimak”, napisali su u svojem izveštaju. Naime, istraživači nisu očekivali da će tokom eksperimenta primetiti kvazikristale koji se formiraju u malim sistemima milimetarskih razmera. Zapravo, kako navodi jedan naučnik koji je učestvovao u istraživanju, teorijski fizičar Đuzepe Fofi – eksperiment je krenuo kao svojevrsna opklada:Sve je krenulo kao opklada. Kolega je rekao da nećemo uspeti, a ja sam onda kazao zašto ne probati, moglo bi biti zanimljivo.”

(Ilustracija Računarska simulacija/ Plati et al., arXiv, 2023)

(Indeks)

O autoru

administrator

Ostavite komentar