Физики
обнаружили невероятно редкий квазикристалл в куске метеорита,
найденного в России. Такой случай стал всего лишь третьим, когда учёные
нашли в природе новый необычный материал.
Само понятие квазикристалл ("как будто кристалл") было введено в
обращение в 80-х годах прошлого века. Оно обозначает минералы с
необычной внутренней структурой. В ней наблюдаются не регулярно
повторяющиеся группы атомов, как в большинстве классических кристаллов, а
структуры из двух или трёх различных кластеров атомов.
В результате физики видят определённую упорядоченность, но она сильно
отличается от классической кристаллической симметрии и может иметь,
например, "невозможные" (для встречающихся на Земле кристаллов)
двадцатигранники из атомов.
Обыкновенные кристаллы – будь-то снежинки, алмазы или пищевая соль –
состоят из атомов, которые расположены в почти идеальной симметрии. Но
ключевое слово – почти (дефекты всё же имеются).
Ещё один тип кристаллов — поликристаллы,
включающие большинство металлов, камней и льда, имеют более случайную и
непорядочную структуру. Самые же неупорядоченные внутри аморфные
твёрдые тела – стекло и многие виды пластмасс.
Квазикристаллы, попадающие к нам из космоса, невероятно удивительны,
поскольку очень редки. Их атомная структура настолько своеобразна, что
учёные за десятилетия их изучения окрестили её "невозможной".
Новый образец квазикристалла был обнаружен командой исследователей под руководством геолога Луки Бинди (Luca Bindi)
из Университета Флоренции. Учёные изучали крошечный кусок метеорита,
который упал в районе села Хатырка (Анадырский район Чукотского
автономного округа России) пять лет назад, и определили, что внутри него
располагается квазикристалл шириной всего несколько микрометров.
"Невозможное" вещество стало третьим по счёту, обнаруженным в метеорите (первые два корреспонденты "Вести.Наука" описывали ранее).
Такие данные указывают на то, что в мире могут существовать и другие
квазикристаллы, возможно, с ещё более необычной структурой.
"Примечательно, что мы уже обнаружили три разных типа квазикристаллов
в одном метеорите. И это один из новых химических составов, который
никогда прежде не был обнаружен среди квазикристаллов", — говорит один
из членов исследовательской группы Пол Стейнхардт (Paul Steinhardt) из Принстонского университета.
Причина, по которой квазикристаллы считают "невозможными" в том, что
на протяжении почти двух веков идеальная симметрия в атомных структурах,
как полагалась, выстраивается благодаря соблюдению очень строгих
правил. Изучением этих природных законов занимается наука
кристаллография.
Ещё до открытия квазикристаллов исследователи установили, что для
появления структуры с повторяющимися и симметричными свойствами, он
должен демонстрировать один из четырёх типов вращательной симметрии. Но квазикристаллы не подчиняются этому правилу, поскольку они имеют внутреннее строение с пятым типом вращательной симметрией.
При изучении состава нового квазикристалла оказалось, что он состоит
из атомов алюминия, меди и железа. Его структура немного напоминает
пятиугольный рисунок внешней оболочки футбольного мяча.
Исследователи впервые обнаружили именно такой состав в природе. Это
говорит о том, что, вероятно, наука стоит лишь на пороге понимания этой
причудливой формы материи.
Исследователи говорят, что хоть квазикристаллы и крайне редко
встречают в природе, их достаточно легко создать искусственным путём – в
лаборатории. Сегодня они всё чаще применяются в промышленности и при
создании различных товаров – от сковородок до светодиодных фонарей.
Результаты исследования и описание нового типа квазикристалла опубликовано в научном издании Scientific Reports.
Добавим, что не так давно "Вести.Наука" также рассказывали об обычных
минералах, которые по-настоящему удивляют исследователей: например,
найденные в Сибири оказались природными аналогами металл-органических каркасов.
Кстати, специалисты очень любят не только находить, но и моделировать "невозможные" вещества и заодно приписывать им "невозможные" свойства. Так, виртуальные
давление и температура превратили обычную поваренную соль в химически невозможные формы.
