НЕМОГУЋИ КРИСТАЛИ

Научници тресли кутију пуну честица, настао необичан нови материјал.

Тим физичара са Универзитета Париз-Сакле у Француској први је забележио чудну комбинацију реда и хаоса познату као немогући кристал (квазикристал), која се спонтано појавила у зрнцима на милиметарској скали. Ако бисмо за кристале казали да су отеловљење елеганције и структуре, онда бисмо квазикристале описали као неугледног брата или сестру. Први их је открио израелски научник Данијел Шектман, за што је 1996. добио Нобелову награду. Он је још 1982. у вештачки створеној легури открио двадесетострани кристал са атомима спојеним у узорак који је немогуће поновити. До тада су научници мислили да атомски обрасци у кристалима морају бити симетрични и да се морају понављати; другим речима, да квазикристали не могу постојати, пише Science Alert.

Необична својства

Kвазипериодични кристали или краће квазикристали су чврсти материјали 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 истраживачима да схвате како квазикристали изгледају на атомској равни. У тим мозаицима, као и у квазикристалима, обрасци су правилни – следе математичка правила – али се никада не понављају.

Ставили су у плитко спремиште 3.840 челичних куглица два различита пречника, једне су биле нешто мање од 2,4 милиметра, а друге од 1,2 милиметра. Затим су тресли складиште брзином од 120 пута у секунди и снимали како се формира распоред куглица.

Док обичне кристалне структуре изгледају идентично када се помакну по одређеним смеровима (транслација), квазикристали имају симетрије које су се некад сматрале немогућима. Kвазикристални узорак може континуирано испуњавати сав расположив простор, али му недостаје транслациона симетрија. Занимљива одлика таквих узорака је да се математичка константа, позната као грчко слово тау или златни прсек, 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 оних код класичних кристала. Упркос томе што су метали, слаби су проводници електричне струје и топлоте, а такође су тврди и крути. 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, рецимо као емитујуће површине у лед диодама.

Куглице и опклада

С обзиром на то да се у новије време открива све више квазикристала (и у лабораторији и у природи), изгледа да њихова структура није толико немогућа као што су физичари некад мислили и да се могу спонтано формирати на различитим нивоима. Стога су научници почели размишљати о величини честица и условима под којима би се одређене врсте материјала могле саме окупити у квазикристални узорак.

Прво су се бацили на рачунарске симулације да идентификују однос величина сфера и пречнике малих и великих честица које би могле формирати распореде што одражавају квазикристалну симетрију. Затим су на темељу симулација одредили величину куглица потребних за експеримент. Ставили су у плитко спремиште 3.840 челичних куглица два различита пречника, једне су биле нешто мање од 2,4 милиметра, а друге од 1,2 милиметра. Затим су тресли складиште брзином од 120 пута у секунди и снимали како се формира распоред куглица.

Након седам дана трешња забележили значајну меру појављивања малих, локализованих конфигурација. „Појавио се занимљив снимак”, написали су у својем извештају. Наиме, истраживачи нису очекивали да ће током експеримента приметити квазикристале који се формирају у малим системима милиметарских размера. Заправо, како наводи један научник који је учествовао у истраживању, теоријски физичар Ђузепе Фофи – експеримент је кренуо као својеврсна опклада: „Све је кренуло као опклада. Kолега је рекао да нећемо успети, а ја сам онда казао зашто не пробати, могло би бити занимљиво.”