Yarı kristal, prens bu "Külkedisi" ni katı dünyada nasıl buldu?
Kuasikristal, kristal ve amorf arasında bir katıdır ve Daniel Shetman adlı İsrailli bir fizikçi tarafından keşfedilmiştir. 8 Nisan 1982'de bir manganez-alüminyum alaşımını incelerken Shetman, elektron mikroskobunda 36 ° dönen bir simetri modelinin göründüğünü buldu. Çok geçmeden, alaşımda aşağıdaki iki resme benzer şekilde 72 ° 'lik rotasyon simetrik bir şekil keşfetti.
Ne harika bir model ve asla keşfedilmedi. Bu tür kristalin, geleneksel kristal ve kristal olmayan arasında bir tür olduğuna inanıyordu, bu nedenle bu türden katı kristal olarak hiç görülmemiş bir şekilde adlandırdı ve heyecanla bir makale yazdı ve bunu Journal of Applied Physics'e sundu ( JAP). Ancak iki yıl sonra dergi tarafından kesin olarak reddedildim. Reddedilme sebebi
Sayısız önemli keşif yayınlayan ünlü çekirdek dergi JAP'ın inatçılığı şok edicidir ve gevşemek anlamına gelmez.
Bugün, yarı kristaller önemli bir araştırma yönü haline geldi. 2011'de İsveç Kraliyet Fizik Enstitüsü, Nobel Kimya Ödülü'nü Shetman'a yarı kristallerin keşfine büyük katkılar sağlamaya teşvik etmek için verdi. Yeni yüzyılın sevgilisi olan Quasicrystal, benzersiz doğası nedeniyle ana yayınlarda pek çok yer işgal etti. Ancak 1984'te JAP'a dönüp baktığımızda kafamız karışacak: JAP neden bu kadar hareketsiz kaldı?
Bu hikaye uzun bir hikaye.
Uzun zaman önce insanlar, birçok katıda atomların genellikle belirli bir kurala göre düzenlendiğini ve bu düzenlemenin katının özelliklerini bir dereceye kadar belirlediğini keşfettiler. İnsanlar iç düzenlemeleri düzenli olanları kristal olarak adlandırırken, düzensiz iç düzenlemeleri olanlar amorf olarak adlandırılır. Bir kristalin iç kısmının yalnızca öteleme simetrisine sahip olmadığı, aynı zamanda dönme simetrisine sahip olduğu, kristal olmayanların ise yalnızca kısa menzilli düzene, yani yerel bir alandaki düzene sahip olduğu kabul edilmektedir. Uzun bir süre insanlar, kristal ve amorf olmak üzere yalnızca bu iki tür katı madde olduğuna inanıyorlardı.
Dönme simetrisi açısından, geleneksel kristal bakış açısına göre, iki boyutlu bir kristal diyagramda (1, 2, 3, 4 ve 6) yalnızca beş simetri ekseni olmalıdır. Shetman tarafından elde edilen 5. ve 10. simetri eksenlerinin var olması teorik olarak imkansızdır. Çünkü matematiksel bir bakış açısından, 5-kat simetri ekseni ve 10-kat simetri ekseni tarafından elde edilen desen, hem öteleme hem de dönme simetrik bir grafik oluşturamaz. Bu imkansız!
5. ve 6. derece simetri eksenli kristaller yoktur.Akademik çevrelerde yaygın kabul gören bu tür kristal görünüm ders kitaplarına yazılmıştır ve kimse bundan yüz yıldır şüphe duymamıştır.
Bu kristal teoriye dayanarak, Schattlerin keşfi karşısında o zaman ünlü Nobel Kimya Ödülü ve Nobel Barış Ödülü sahibi Linus Pauling ünlü bir açıklamada bulundu: "Bu dünyada yarı kristal yoktur, sadece berbat bilim adamları vardır. "Yarı kristallerin var olmadığına inanıyordu ve Shetman'ın keşfi aslında bir ikiz kristal kristali idi. O zamanlar bir akademik usta olarak, sözleri Shetman üzerinde muazzam bir baskı yarattı.
Direniş karşısında, Shetman araştırmasından vazgeçmedi ve makaleyi ilk olarak, sonuçlarını Amerika Birleşik Devletleri'ne götürürken, Amerikan bilim camiasında yaygın olarak tanınmak için başka bir dergi olan Physical Review Letters'a (PRL) gönderdi. Neyse ki, PRL JAP'den çok daha esnektir ve seçici editör bu makaleyi mümkün olan en kısa sürede yayınlamaya karar verdi. Kısa süre sonra, benzer kristal araştırmaları (Japonya, Çin ve Amerika Birleşik Devletleri'nden) hızla herkesin dikkatini çekti ve yarı kristal, resmen katı ailenin bir üyesi oldu ve sıcak çağ başladı.
Tekrar geriye dönüp bakalım, şu resme bir bakalım:
Görünüşe göre resmin detaylarının periyodik olmadığı aşikar, sonsuz tekrar eden bir desen çıkarabilen geleneksel kristal modele hiç benzemiyor. Ancak genel olarak, bariz bir düzenliliği vardır. Düzlemin tamamını periyodik olmayan desenlerle örtme fikri, aynı zamanda Shetman'la aynı zamanda olan İngiliz matematikçi Penrose'dan geldi. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, iki farklı grafikten oluşan tüm uçağın kiremitli haritası ünlü Penrose bulmacasıdır. Penrose bulmacası, bir dizi düzenli desen oluşturmak için bir dizi periyodik olmayan tuğlayı akıllıca kullanarak geleneksel kare bulmaca konseptinin dışına çıkar. Matematiksel bir bakış açısından, bu, yarı kristallerin var olma olasılığını güçlü bir şekilde kanıtladı ve Shetman'ın çalışmasını doğruladı. Penrose, 1988'de matematikteki en yüksek ödüllerden biri olan Kurt Ödülü'nü kazandı.
Yarı kristallerin muhalifleri, Shetman tarafından yapılan yarı kristallerin kırınım modelinin bir elektron kırınım modeli olduğu görüşünde her zaman ısrar etmişlerdir.X-ışını kırınım modeli olmadan, hiçbir şey değildir. Bugün X-ışını kırınımı ve elektron kırınımının prensipte aynı olduğunu biliyoruz, ancak o zaman yetkililer böyle bir muhalefete sıkı sıkıya inanıyorlardı. 86 yıl sonra, Fransa'daki bir ekip, kuasikristalin X-ışını kırınım modelini yapmak için üç yıl harcadı Shetman, kırınım modeliyle kristalografi konferansını buldu ve sonunda kristalografi liderlerini yarı-kristali kabul etmeye ikna etti. Bundan sonra, yalnızca yukarıda ünlü olan Pauling, yarı kristallerin varlığına hala karşı çıktı, ancak Pauling'in ölümünden bu yana, dünyadaki yarı kristallere hiçbir itiraz olmadı.
İlginç bir şekilde, yarı kristallerin keşfinden bir gün sonra, bir Avrupalı bilim insanı eski deneysel kayıtlarını çözdüğünde, yanlışlıkla kendi yüksek lisans öğrencisi tarafından uzun zaman önce yapılmış bir yarı kristal kırınım modelini keşfetti. Öğretmen öğrenciyi aradı ve şöyle dedi: "Yarı kristalin kırınım modelini Shetman'dan önce bulduğunuzu biliyor musunuz?" Öğrenci "Evet" diye yanıtladı. Eğitmen öfkeyle sigara içti: "Biliyorsun, neden olmadığını biliyorsun. Önceden anlatır mısın? "Öğrenci cevap verdi:" O sırada neredeyse mezun oluyordum. Size söylemek istersem beni iki yıl ertelemelisiniz. "
...
Yani bazen, ne kadar çok bilgi olursa, sahip olduğumuz prangalar olur. Araştırma sürecinde keşfedilen tuhaf fenomen, cesurca varsayılmalı ve dikkatlice doğrulanmalıdır ... ya yanlışlıkla bir Nobel Ödülü alırsanız?
Son olarak, yarı kristallerin, amorfların ve kristallerin birkaç şematik diyagramını ekleyin, böylece herkes yarı kristallerin cazibesini sezgisel olarak hissedebilir.
A1-Ni-Ru ongen kuasikristalin HRTEM görüntüsü
