準晶

準晶在急冷的Al-Mn合金中發現，是一種介於晶體和非晶體之間的固體。準晶具有完全有序的結構，然而又不具有晶體所應有的平移對稱性，因而可以具有晶體所不允許的巨觀對稱性。準晶是具有準周期平移格子構造的固體，其中的原子常呈定向有序排列，但不作周期性平移重複，其對稱要素包含與晶體空間格子不相容的對稱。衍射花樣具有五次、八次、十次和十二次對稱。

基本介紹

• 中文名：準晶
• 外文名：Quasicrystal
• 特性：高強度、低的摩擦係數、不粘性

典型結構

一種典型的準晶結構是三維空間的彭羅斯拼圖(Penrose)。二維空間的彭羅斯拼圖由內角為36度、144度和72度、108度的兩種菱形組成，能夠無縫隙無交疊地排滿二維平面。這種拼圖沒有平移對稱性，但是具有長程的有序結構，並且具有晶體所不允許的五次旋轉對稱性。

二十面體準晶衍射圖

研究簡史

直至20世紀80年代，人們把固體材料分為兩大類，一類是晶體，其中原子作規則排列；另一類是非晶體，原子混亂排列。德國科學家在1850年就總結出晶體的平移周期性，即晶體中原子的三維周期排列方式可以概括為14種空間點陣。受這種平移對稱約束、晶體的旋轉對稱只能有1、2、3、4、6等5種旋轉軸。這種限制就像生活中不能用正五角形拼塊鋪滿地面一樣，晶體中原子排列是不允許出現5次或6次以上的旋轉對稱性的。

1984年中國、美國、法國和以色列等國家的學者幾乎同時在淬冷合金中發現了存在有5次對稱軸，確證這些合金相是具有長程定向有序，而沒有周期平移有序的一種封閉的正20面體相，並稱之為準晶體。以後又陸續發現了具有8次、10次、12次對稱的準晶結構。

5次對稱性和準晶的發現對傳統晶體學產生了強烈的衝擊，它為物質微觀結構的研究增添了新的內容，為新材料的發展開拓了新的領域。　2009年7月15日，據美國《科學》雜誌線上新聞報導，自從科學家在25年之前首次製造出這種物質以來，他們一直在尋思自然界是否也有能力形成這種物質。為了找到答案，研究人員在那些包含有形成準晶的物質——鋁、銅和鐵——的岩石中展開了搜尋。

自然界中發現的物質——準晶

一個電腦程式最終幫助科學家縮小了範圍——他們在一種名為khatyrkite的岩石中找到了準晶。這一發現也使得準晶被劃入了一種真實存在的礦物質。研究人員《科學》雜誌上報告了這一發現。

諾貝爾獎

瑞典皇家科學院2011年10月5日宣布，將2011年諾貝爾化學獎授予以色列科學家達尼埃爾·謝赫特曼，以表彰他“發現了準晶”這一突出貢獻。瑞典皇家科學院稱，準晶的發現從根本上改變了以往化學家對物體的構想。