Квазікристали

Квазікристали - одна з форм організації структури твердих тіл, поряд з кристалами і аморфними тілами (стеклами), що характеризується порядком симетрії, забороненим в класичній кристалографії і наявністю далекого порядку.

1. Історія

Атомна модель Ag-Al квазікристали

Квазікристали наблюдаліс' в перші Данoм Шехтману в експериментах по дифракції електронів на бистроохлажденном сплаві Al ₆ Mn, ^[1] проведення 8 квітня 1982, за що йому в 2011 була присвоєна Нобелівська премія з хімії. Перший відкритий ним квазікристалічної сплав отримав назву "Шехтману" ( англ. Shechtmanite ). ^[2] Стаття Шехтмана не була прийнята до друку двічі і в скороченому вигляді була зрештою опублікована в співавторстві з залученими ним відомими фахівцями І. Блехом, Д. Гратіасом і Дж. Каном. ^[3] Отримана картина дифракції містила типові для кристалів різкі ( Брегговскіе) піки, але при цьому в цілому мала точкову симетрію ікосаедра, тобто, зокрема, мала віссю симетрії п'ятого порядку, неможливою в тривимірній періодичної решітці. Експеримент з дифракцією спочатку допускав пояснення незвичайного явища дифракцією на множинних кристалічних двійників, зрощених в зерна з ікосаедріческой симетрією. Однак незабаром більш тонкі експерименти довели, що симетрія квазикристаллов присутній на всіх масштабах, аж до атомного, і незвичайні речовини дійсно є новою формою організації матерії.

Пізніше з'ясувалося, що з квазікристали фізики стикалися задовго до їх офіційного відкриття, зокрема, при вивченні дифракції Дебая-Шерера на зернах інтерметалідів в алюмінієвих сплавах в 1940-х роках. Однак у той час ікосаедріческіе квазікристали були помилково ідентифіковані як кубічні кристали з великою постійної решітки. Пророцтва про існування ікосаедріческой структури в квазікристали були зроблені в 1981 Кляйнерт і Маки ^[4].

В даний час відомі сотні видів квазикристаллов, що мають точкову симетрію ікосаедра, а також десяти-, восьми-і двенадцатіугольніка.

2. Структура

• Детерміністичні і ентропійної-стабілізовані квазікристали

Існує дві гіпотези про те, чому квазікристали є (мета-) стабільними фазами. Згідно з однією гіпотезою, стабільність викликана тим, що внутрішня енергія квазикристаллов мінімальна в порівнянні з іншими фазами, як наслідок, квазікристали повинні бути стабільні й при температурі абсолютного нуля. При цьому підході має сенс говорити про певні положеннях атомів в ідеальній квазікристалічної структурі, тобто ми маємо справу з детерміністичним квазікристали. Інша гіпотеза припускає визначальним внесок ентропії в стабільність. Ентропійно стабілізовані квазікристали при низьких температурах принципово нестабільні. Зараз немає підстав вважати, що реальні квазікристали стабілізуються виключно за рахунок ентропії.

• Багатомірне опис

Детерміністичні опис структури квазикристаллов вимагає вказати положення кожного атома, при цьому відповідна модель структури повинна відтворювати експериментально спостережувану картину дифракції. Загальноприйнятий спосіб опису таких структур використовує той факт, що точкова симетрія, забороненим для кристалічної решітки в тривимірному просторі, може бути дозволена в просторі більшої розмірності D. Згідно з такими моделями структури, атоми в квазікристали знаходяться в місцях перетину деякого (симетричного) тривимірного підпростору R ^D (званого фізичним підпростором) з періодично розташованими різноманіття з краєм розмірності D-3, трансверсальних фізичній підпростір.

• "Правила складання"

Багатомірне опис не дає відповіді на питання про те, як локальні міжатомні взаємодії можуть стабілізувати квазікристали ...

3. Квазікристали

Це новий клас твердих тіл, отриманий при пошуку нових матеріалів у програмі СОІ (стратегічна оборонна ініціатива США). Експериментаторам вдалося потрапити в дуже вузьку "температурну щілину" і отримати матеріали з незвичайними новими властивостями. Квазікристали володіють парадоксальною з точки зору класичної кристалографії структурою, передбаченою з теоретичних міркувань ( мозаїки Пенроуза). Теорія мозаїк Пенроуза дозволила відійти від звичних уявлень про федоровських кристалографічних групах (заснованих на періодичних заповненнях простору).

4. Металургія

Отримання квазикристаллов ускладнюється тим, що всі вони або метастабільних, або утворюються з розплаву, склад якого відрізняється від складу твердої фази (перітектіка) ...

5. Натуральні квазікристали

Породи з Fe-Cu-Al-квазікристали знайдені на Коряцькому нагір'я в 2009 році.

6. Властивості

6.1. Механічні властивості

6.2. Електронна структура

Цей розділ статті ще не написаний. Згідно з задумом одного з учасників Вікіпедії, на цьому місці повинен розташовуватися спеціальний розділ. Ви можете допомогти проекту, написавши цей розділ.

Примітки

Література

• AP Tsai "Topical review - Icosahedral clusters, icosaheral order and stability of quasicrystals - a view of metallurgy" Sci. Technol. Adv. Mater. 9 No 1 (2008) 013008 скачати безкоштовно - dx.doi.org/10.1088/1468-6996/9/1/013008
• Ю. Х. Векилов, М. А. Черніков квазікристали - dx.doi.org/10.3367/UFNr.0180.201006a.0561 / / УФН. - 2010. - Т. 180. - С. 561-586.