Новости химической науки > Рост квазикристаллов впервые под микроскопом

Исследователям из Японии впервые удалось экспериментально наблюдать рост квазикристаллов в системе алюминий–никель–кобальт. Вместо того, чтобы сразу вырастать в идеальное состояние, эти кристаллы содержат часто встречающиеся ошибки и дефекты во фронте роста, которые, правда, позже исправляются.

Хотя исследователи пока не в курсе, как это происходит, они уверены, что наблюдаемый феномен не соответствует стандартной теоретической модели роста квазикристаллов.

Квазикристаллы, впервые открытые в 1984 году Даном Шехтманом (в 2011 за это открытие ему была присуждена Нобелевская Премия по химии), представляют собой твёрдые тела, характеризующиеся симметрией, запрещённой в классической кристаллографии, и наличием дальнего порядка, подчиняющегося достаточно сложным математическим правилам. Эта особенность и является основной загадкой – если атомы могут распознавать лишь свое ближайшее окружение, то как они могут самоорганизоваться в соответствии с этими правилами? В 1988 году Пол Штайнхардт (Paul Steinhardt) из Университета Пенсильвании с коллегами предложил схему образования квазикристаллов, и большинство исследователей посчитали, что она верна.

В новой работе Еичи Эдагава (Keiichi Edagawa) из Университета Токио с коллегами нагревал тонкий образец квазикристаллического сплава Al_70.8Ni_19.7Co_9.5 до 1183K – температуры, достаточной для индуцирования рекристаллизации, и выдерживали при этой температуре. Далее образование кристаллов отслеживалось с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения.

По мере роста кристаллов атомы часто занимали неправильное положение в кристаллической решетке, нарушавшее математические законы, управляющие порядком квазикристаллов. Тем не менее, эти дефекты исправлялись позднее, когда атомные кластеры изменяли свое положение, зачастую – после того, как несколько новых слоев формировалось поверх слоя, содержащего ошибку-дефект. Причины такого роста и того, почему, в конечном итоге, происходит починка кристалла, неясны, однако, как говорит Едагава, наблюдавшийся исследователями рост кристаллов не соответствовал модели, предложенной Штайнхардтом в прошлом веке.

Примос Циерль (Primoz Ziherl) из Института отмечает, что наиболее важным выводом новой работы является то, что идеальные квазикристаллы могут самоорганизовываться без участия нелокальных взаимодействий, добавляя, что, хотя результаты все же нельзя назвать совсем уж неожиданными, они заставляют переосмыслить механизмы образования этих структур.

Штайнхардт соглашается, отмечая важность эмпирической проверки возможности роста идеальных структур, добавляя, что правила роста квазикристаллов, сформулированные им в свое время, по сути дела были математической абстракцией и не могут рассматриваться как абсолютный принцип формирования квазикристаллов. Он подчеркивает, что нельзя исключать той возможности, что слежение за ростом квазикристаллов в какой-либо третьей системе выявит новый механизм их формирования, не совпадающий ни с его математическими оценками, ни с наблюдениями Едагавы.

Источник: Phys. Rev. Lett, 2015, 115, 075501 (DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.075501)

метки статьи: #кристаллохимия, #неорганическая химия, #химия твердого тела