Kvasikide

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 6.11.2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

Kvasikide ( latinan sanoista  kvasi "kuten", "jotain samanlaista") on kiinteä kappale, jolle on ominaista symmetria, joka on kielletty klassisessa kristallografiassa , ja pitkän kantaman järjestyksen läsnäolo . Kiteiden ohella sillä on erillinen diffraktiokuvio .

Kvasikiteiden matemaattinen malli on aperiodiset mosaiikit .

Historia

Dan Shechtman havaitsi kvasikiteet ensimmäisen kerran 8. huhtikuuta 1982 suoritetuissa elektronidiffraktiokokeissa nopeasti jäähdytetyllä Al 6 Mn -lejeeringillä [1] , josta hänelle myönnettiin Nobelin kemian palkinto vuonna 2011 . Ensimmäinen hänen löytämänsä näennäiskiteinen metalliseos sai nimekseen Shechtmanite ( eng. Shechtmanite ) [2] . Shekhtmanin artikkelia ei hyväksytty julkaistavaksi kahdesti, ja se julkaistiin lopulta lyhennetyssä muodossa yhteistyössä hänen houkuttelemiensa tunnettujen asiantuntijoiden I. Blechin, D. Gratiasin ja J. Kahnin kanssa. [3] Tuloksena oleva diffraktiokuvio sisälsi kiteille tyypillisiä teräviä ( Bragg ) huippuja , mutta samalla sillä oli yleisesti ottaen ikosaedrin pistesymmetria, eli sillä oli erityisesti viidennen kertaluvun symmetria-akseli , joka on mahdotonta kolmiulotteisessa jaksollisessa hilassa. Diffraktiokoe mahdollisti alun perin epätavallisen ilmiön selityksen diffraktiolla useille kiteisille kaksosille, jotka fuusioituivat rakeiksi, joilla on ikosaedrinen symmetria. Hienovaraisemmat kokeet kuitenkin osoittivat pian, että kvasikiteiden symmetria on läsnä kaikissa asteikoissa atomimittakaavaan asti , ja epätavalliset aineet ovat todellakin uusi rakenne aineen järjestäytymiselle.  

Myöhemmin kävi ilmi, että fyysikot kohtasivat kvasikiteitä kauan ennen niiden virallista löytöä, erityisesti tutkiessaan Debye-Scherer-menetelmällä saatuja debyegrammeja alumiiniseosten metallien välisten yhdisteiden rakeista 1940 -luvulla. Kuitenkin tuolloin ikosaedriset kvasikiteet tunnistettiin väärin kuutiokiteiksi, joilla oli suuri hilavakio . Kleinert ja Mackie ennustivat ikosaedrisen rakenteen olemassaolosta kvasikiteissä vuonna 1981 [4] .

Tällä hetkellä tunnetaan satoja kvasikiteiden tyyppejä, joilla on ikosaedrin pistesymmetria sekä kymmenen-, kahdeksan- ja kaksikulmaisia.

Rakenne

Deterministiset ja entropiastabiloidut kvasikiteet

On olemassa kaksi hypoteesia siitä, miksi kvasikiteet ovat (meta)stabiileja faaseja. Erään hypoteesin mukaan stabiilisuus johtuu siitä, että kvasikiteiden sisäenergia on minimaalinen muihin faaseihin verrattuna, minkä seurauksena kvasikiteiden tulee olla stabiileja jopa absoluuttisessa nollalämpötilassa. Tällä lähestymistavalla on järkevää puhua atomien tietyistä asemista ihanteellisessa kvasikiderakenteessa, eli kyseessä on deterministinen kvasikide. Toinen hypoteesi viittaa siihen, että entropia vaikuttaa ratkaisevasti vakauteen. Entropiastabiloidut kvasikiteet ovat pohjimmiltaan epävakaita alhaisissa lämpötiloissa. Nyt ei ole mitään syytä uskoa, että todelliset kvasikiteet stabiloituvat pelkästään entropian ansiosta.

Moniulotteinen kuvaus

Kvasikiteiden rakenteen deterministinen kuvaus edellyttää kunkin atomin paikan määrittämistä, ja vastaavan rakennemallin tulee toistaa kokeellisesti havaittu diffraktiokuvio. Yleisesti hyväksytty tapa kuvata tällaisia ​​rakenteita käyttää sitä tosiasiaa, että pistesymmetria, joka on kielletty kidehilassa kolmiulotteisessa avaruudessa , voidaan sallia suuremmassa D-ulotteisessa avaruudessa. Tällaisten rakennemallien mukaan kvasikiteen atomit ovat joka sijaitsee jonkin (symmetrisen) kolmiulotteisen aliavaruuden RD (kutsutaan fyysiseksi aliavaruudeksi) leikkauskohdassa jaksollisten monistojen kanssa, joiden ulottuvuuden raja on D-3 poikittain fyysiseen aliavaruuteen nähden.

Kokoonpanosäännöt

Moniulotteinen kuvaus ei vastaa kysymykseen siitä, kuinka paikalliset atomien väliset vuorovaikutukset voivat stabiloida kvasikiteen. Kvasikiteillä on klassisen kristallografian kannalta paradoksaalinen rakenne, joka on ennustettu teoreettisten näkökohtien perusteella ( Penrose tilings ). Penrose-laatoitusteoria mahdollisti siirtymisen tavanomaisista Fedorovin kristallografisia ryhmiä koskevista ajatuksista (perustuen jaksoittaiseen tilan täyttöön).

Metallurgia

Kvasikiteiden saamista vaikeuttaa se, että ne kaikki ovat joko metastabiileja tai muodostuneet sulasta, jonka koostumus eroaa kiinteän faasin koostumuksesta ( inkongruenssi ).

Luonnolliset kvasikiteet

Kiviä, joissa oli luonnollisia Fe-Cu-Al kvasikiteitä, löydettiin Koryakin ylänköstä vuonna 1979. Kuitenkin vasta vuonna 2009 Princetonin tutkijat vahvistivat tämän tosiasian. Vuonna 2011 he julkaisivat artikkelin [5] , jossa he sanoivat, että tämä kvasikide (ikosahedriitti) on maan ulkopuolista alkuperää [6] . Saman vuoden 2011 kesällä Venäjälle suuntautuneen tutkimusmatkan aikana mineralogit löysivät uusia näytteitä luonnollisista kvasikiteistä. [7]

Ominaisuudet

Muistiinpanot

  1. ↑ Israelilainen tiedemies voitti kemian Nobelin . Haettu 30. syyskuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 1. heinäkuuta 2017.
  2. ↑ Aineen mahdoton muoto saa valokeilaan kiinteiden aineiden tutkimuksessa . Haettu 30. syyskuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 1. joulukuuta 2017.
  3. ↑ Metallinen vaihe pitkän kantaman suuntautumisjärjestyksessä ja ilman käännössymmetriaa. " Physical Review Letters ", voi. 53, 1984, s. 1951-1954
  4. ↑ Kleinert H., Maki K. Hilatekstuurit kolesterisissa nestekiteissä (neopr.)  // Fortschritte der Physik. - 1981. - T. 29 . - S. 219-259. .  
  5. ↑ PNAS: todisteet luonnollisen kvasikiteen maan ulkopuolisesta alkuperästä
  6. ↑ Uutisia. Fi: Ainutlaatuinen venäläinen mineraali osoittautui maan ulkopuoliseksi arkistokopioksi 18. tammikuuta 2012 Wayback Machinessa (17. tammikuuta 2012)
  7. ↑ hi-news.ru: Venäjällä pudonneesta meteoriitista löydettiin ainutlaatuinen näennäinen kristalli. Arkistoitu 12. joulukuuta 2016 Wayback Machinessa (11. joulukuuta 2016)

Kirjallisuus

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat