1.10. Квазикристаллы

Долгое время считалось, что вещество должно быть устроено только либо как кристаллическое, либо как аморфное, у которого есть ближний порядок и нет никакого порядка по ротациям и трансляциям на дальних расстояниях.

В 1982 г. Даниэлем Шехтманом (лауреат Нобелевской премии по химии 2011 г.) был обнаружен сплав алюминия с марганцем Al8fiMnn. образец которого, подвергнутый специальному методу быстрого охлаждения, рассеивал пучок электронов так, что на фотопластинке образовывалась ярко выраженная дифракционная картина с симметрией пятого порядка в расположении дифракционных максимумов (симметрия икосаэдра) (рис. 1.40).

В кристаллах, как было показано выше, могут существовать оси симметрии только второго (поворот на 180° и 360°), третьего (поворот на 120°, 240° и 360°), четвертого и шестого порядков (поворот на 60°, 120°, 180°, 240°, 300° и 360°). Из-за этого при дифракции возникают рисунки довольно специфического вида, которые уже в начале прошлого века ученым были хорошо известны. Поэтому легко понять удивление Шехтмана, который увидел на картинке аккуратный набор из 10 точек, равномерно расставленных по кругу. Из этого следовало, что среди симметрий кристалла есть поворот на 72°. Чтобы найти ошибку, Шехтман сделал еще несколько снимков образца под разными углами.

Картина дифракции электронов от сплава AlgeMn^

Рис. 1.40. Картина дифракции электронов от сплава AlgeMn^

В результате он нашел еще несколько осей симметрии соответственно второго и третьего порядков. Из этого следовал еще более удивительный результат — группа симметрии исследуемого вещества содержала подгруппу, которая соответствовало симметрии икосаэдра — правильного двадцатигранника. Наличие такой подгруппы означаю, что в строительстве решетки принял участие икосаэдр, сложить из которого все трехмерное пространство без образования полостей невозможно.

Наличие резких дифракционных максимумов (рис. 1.40) свидетельствовало о присутствии в структуре дальнего порядка в расположении атомов, характерного для кристаллов, поскольку это означает, что атомы в разных участках образца одинаково отражают пучок электронов. Однако симметрия наблюдавшейся дифракционной картины противоречила фундаментальным представлениям классической кристаллографий: такая симметрия физически невозможна для любых кристаллических веществ. Дальнейшие исследования показали, что в новом материале реализуется новый тип порядка, не кристаллический и не аморфный (д.ля аморфного вещества характерно наличие ближнего порядка в расположении атомов, т. е. порядка только в пределах нескольких межатомных расстояний). Поэтому данное вещество было названо квазикристаллом [116, 117]. Квазикристаллы возникают при весьма специфических способах приготовления вещества, например в результате охлаждения расплава со скоростями около 104—106 К/с или при размоле частиц в шаровых мельницах [118]. В настоящее время известно достаточно много металлических сплавов с дальним порядком, имеющих оси симметрии седьмого, восьмого, десятого, двенадцатого и т. д. порядков, запрещенные для кристаллов. Среди таких веществ, например, «павы AI4.5C17, AI45V7, А^ЫзгСиц, CrsNi3Si2- Сейчас выращены поликвазикристаллы, моноквазикристаллы и двумерные квазикристаллы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >