Pagaliau padarytas atradimas, kuris turėjo būti „tiesiog neįmanomas“: vien už teoriją apdovanotas Nobelio premija, o dabar ir praktikoje aptikta visiškai naujo ir labai keisto tipo medžiaga (Video)

Brown’o universiteto chemikai praneša apie sėkmingą savarankiškų grotelių struktūros sukūrimą, pagrįstą keistų formų kvantiniais taškais.

„Vienkomponentės kvazikrisstalinės grotelės buvo numatytos matematiniame ir kompiuteriniame modeliavime, tačiau tai nebuvo įrodyta praktiškai“, - sakė chemikas ir vyriausiasis tyrimo autorius Ou Chen’as. „Tai fundamentaliai naujo tipo kvazikristalas ir mes sugebėjome išsiaiškinti jo sukūrimo principus. Šios žinios bus naudingos tęsiant tolesnius kvazikristalų struktūrų tyrimus.“

Schechtman’as Nobelio premiją chemijos srityje gavo 2011-aisiais metais. Jis sugebėjo įrodyti, kad dalelės gali susidaryti ir nepaisydamos nusistovėjusių ryšių bei mokslui žinomų taisyklių.

Kristalai yra pasikartojančios struktūros, pagrįstos galimu sudedamųjų dalių pasisukimu arba simetriškumu. Paimkite vieną gabalėlį kristalo, perkelkite jį tam tikru atstumu ir jis kuo puikiausiai tiks kitams kristalui.

Kvazikristalai priešinasi šiai tendencijai. Nors jų struktūra yra simetriška ir matematiškai taisyklinga (tai jau buvo įrodyta prieš daugiau nei pusę amžiaus), tačiau atomai juose išsidėstę itin margais raštais.

Tokios neįprastos struktūros ilgą laiką buvo laikomos neįmanomomis, tačiau tik ne Dan’ui Schechtman’ui. Jis aliuminio lydiniuose pastebėjo keistas disfrakcijos struktūras ir tai tapo pirmaisiais kvazikristalų požymiais.

Prireikė daugybės laiko kol Dan’ui pavyko įtikinti mokslininkų bendruomenę, kad jis aptiko kažką svarbaus. Dalis mokslininkų jo teiginius laikė kontraversiškais, juokėsi į akis ir vienas didžiausių jo kritikų – garsus chemikas Linu’as Paulig’as – rėžė tiesiai šviesiai: „Dan’as Shechtman’as kalba nesąmones. Tokie dalykai kaip kvazikristalai neegzistuoja. Yra tik kvazimokslininkai.“ Ką gi, jis stipriai klydo.

Šiandien šių „neegzistuojančių“ kvazikristalų šeima laikoma ne tik neginčijamu faktu, bet ir kaip potencialiai labai naudinga medžiagos rūšimi.

Dauguma kvazikristalų privalumų yra susiję su galimybės juos panaudoti, kaip apvalkalą įvairiems instrumentams ir suteikti antikorozinių ar nelimpančių savybių, tačiau nauji tyrimai rodo, kad kvazikristalai gali manipuliuoti šviesa ir tai leistų sukurti pažangias ateities kamufliažines medžiagas. Galbūt net nematomas kostiumas taptų realybe.

Kalbant apie tai kas yra žinoma, kvazikristalai dažnai yra sudėtingi metalų lydiniai, pagaminti iš kelių tipų blokų. Tačiau naujasis atradimas rodo, kad praktiškai visas kvazikristalų formas galima sukurti iš vienos, keistos formos dėlionės.

Ironiška, bet mokslininkai netgi nesiekė tokio tikslo. Jų pradinis uždavinys buvo tiesiog sukurti makrodydžio struktūras iš nanodydžio komponentų.

Prieš porą metų Chen’as sukūrė piramidės formos kvantinį tašką – nanometro dydžio tetraedrinę dalelę – kuris galėtų sujungti draugėn daugiau objektų, nei tai sugeba padaryti neįprasti sferiniai objektai.

Šie netradiciškai suformuoti taškai turi vienodą išvaizdą, bet su skirtingomis savybėmis, kai tuo tarpu kitos išvaizdos taškai keičiasi, atsižvelgiant į dalelių judėjimą ir išsidėstymą.

Tad buvo sukurta ne tik neįtikėtinai sudėtinga superstruktūra, bet ir modelis, kuris buvo klasifikuojamas kaip kvazikristalinė gardelė.

„Kai supratau, kad matau kvazikristalinę struktūrą, aš iškart išsiunčiau laišką Chen’ui ir parašiau: Manau, kad radau kažką super-nuostabaus“, - teigė tyrėjas Yasutaka’s Nagaoka’s.

Elektroninis mikroskopas atskleidė visas detales. Dalelės sudaro dekagoninius (daugiakampis, turintis dešimt kraštinių) raštus, sujungtus į simetriją, kurių nerandama kristaluose. Triukas buvo tame, kad dalelės geba formuoti kitokias formas nei dekagonai, kurie užpildo ertmes, kad būtų sukurti nepasikartojantys raštai.

„Šie dekagonai yra šioje uždaroje erdvėje, kurią jie taikiai turi pasidalinti“, - sako Chen’as. „Tad, kai tik jiems prisireikia, jie daro savo kraštines lankstesnėmis.“

Šis mokslininkų atradimas papildo esamas kvazikristalų kūrimo taisykles, o ne suteikia chemikams vilties sukurti kažkokios naujos kartos ir įmantrias medžiagas. Šie atradimai leidžia visiems, kurie tik nori kurti kvazikristalų struktūras – nuo dizainerių iki matematikų – pademonstruoti savo išradingumą ir sukurti naujas struktūras.

Pasauliui praverstų ir daugiau tokių užsispyrusių žmonių, kaip Dan’as Shechtman’as, kuris paaukojo savo gyvenimą „nesąmonėms“, atveriančioms žmonijai naujų žinių lobyną.

Su naujausių tyrimų rezultatais galite plačiau susipažinti moksliniame žurnale „Science“.