KRISTALLOGRAFI, 2007, volume 52, no.6, hal. 966-972

KRISTAL KUASI

UDC 538.9.538.911.538.915.538.93

KRISTAL KUASI. STRUKTUR DAN SIFAT

© 2007 Yu.X. Vekilov, E.I. Isaev

Email Institut Baja dan Paduan Negeri Moskow: yuri_vekilov@yahoo. com Diterima 29/03/2007

Struktur dan sifat quasicrystals dibahas. Urutan atom jarak pendek dan jarak jauh serta pengaruh faktor-faktor ini terhadap karakteristik fisik juga dipertimbangkan. Kebutuhan untuk mempelajari sifat fisik pada suhu di atas suhu kamar ditekankan. Aplikasi yang menjanjikan disebutkan secara singkat.

PACS: 61.44.Br, 62.20.-x, 65.40.-b, 72.15.-v, 75.20.En

PERKENALAN

Tiga tahun telah berlalu sejak Pertemuan Pertama Seluruh Rusia tentang Kuasikristal dan hampir 22 tahun setelah laporan pertama oleh Shekhtman dan yang lainnya tentang pengamatan fase dalam paduan Al-Mn yang didinginkan dengan cepat, yang pola difraksinya merupakan kumpulan tajam Refleksi Bragg terletak dengan simetri ikosahedron, termasuk yang dilarang untuk kisi periodik sumbu simetri orde ke-5. Sebelum penemuan ini, telah diketahui adanya orde ikosahedral jarak pendek pada paduan dengan struktur kompleks, fasa logam amorf, pada kristal boron dengan ikosahedron 12 atom yang dikemas dalam sel satuan rombohedral besar, pada boron hidrida stabil (B12H12), serta dalam gugus alkali dan logam mulia, tetapi sedikit perhatian diberikan pada hal ini (Frank - 1952, Frank dan Kasper - 1958, Mackay - 1952). Hampir bersamaan dengan Shekhtman, Levin dan Steinhardt memberikan pembenaran teoritis atas keberadaan puncak Bragg dalam sistem dengan simetri ikosahedral. Mereka menunjukkan bahwa pola difraksi kemasan aperiodik dengan simetri ikosahedral memiliki refleksi Bragg pada kumpulan situs ruang timbal balik yang padat dengan intensitas yang sesuai dengan yang diperoleh pada paduan Al-Mn. Tatanan jangka panjang orientasi yang tidak konvensional ini dicirikan oleh dua set vektor ruang timbal balik dengan rasio panjang yang tidak sepadan yang ditentukan oleh

"rasio emas" t = 1 (1 + J5). Sejak itu, banyak karya telah muncul mengenai struktur dan sifat quasicrystals, dan studi tentang quasicrystals telah menjadi cabang independen dari fisika benda terkondensasi.

Laporan penulis pada Pertemuan Pertama membahas metode teoritis untuk menganalisis struktur kuasikristal (teknik proyeksi dalam ruang multidimensi, model kuasikristal beraturan dan acak, kaca ikosahedral, distorsi fasonik), dan menjelaskan secara singkat ciri-ciri sifat fisik. Selama tiga tahun terakhir, telah terjadi pergeseran ke arah penelitian praktis, artikel tentang quasicrystals menjadi jarang di jurnal fisika seperti Physical Review B dan Physical Review Letters, tetapi artikel tersebut mulai lebih sering muncul di Journal of Paduan dan Senyawa dan jurnal terapan lainnya. Tren indikatif ini dalam arti tertentu adalah, di satu sisi, pengakuan quasicrystals sebagai objek yang praktis penting, di sisi lain, “ketenangan sebelum kegembiraan,” karena banyak pertanyaan dalam fisika quasicrystals masih memerlukan jawaban. Paradoksnya, sifat-sifat quasicrystals pada suhu di atas suhu kamar belum banyak diketahui, di mana efek seperti munculnya puncak Drude dalam konduktivitas pada frekuensi terbatas dapat diperkirakan, yang tidak ada pada suhu rendah, kontribusi elektronik yang besar. terhadap konduktivitas termal dan kapasitas panas, dll. Ya, dan Pertanyaan mengapa quasicrystals ada masih relevan. Ada pekerjaan yang harus dilakukan pada bidang teoritis, karena banyak penjelasan yang diajukan untuk properti bersifat ambigu. Ciri-ciri struktur dan ikatan kimia, transpor elektron, peran elektron dalam transpor termal, fisika fenomena magnet, hubungan sifat dengan struktur dan ciri spektrum elektronik - semua ini merupakan subjek penelitian lebih lanjut. Lebih banyak perhatian harus diberikan pada studi tentang perkiraan periodik, karena perbandingan dengan mereka memungkinkan kita untuk memisahkan efek aperiodik jangka panjang dan

pesanan lokal dalam quasicrystals. Dalam ulasan kali ini, tanpa mengulang materi laporan pada Pertemuan ke-1, dibahas tatanan jangka pendek dan jangka panjang aperiodik pada quasicrystals serta pengaruh faktor-faktor tersebut terhadap sifat fisiknya. Prospek untuk penelitian lebih lanjut dibahas secara singkat.

STRUKTUR

Kuasikristal dicirikan oleh keteraturan dan simetri jangka panjang aperiodik, yang dilarang untuk sistem periodik. Menurut jenis simetrinya, mereka dibagi menjadi ikosahedral (dengan sumbu simetri orde kelima), serta kuasikristal, yang memiliki susunan atom kuasiperiodik dalam bidang periodik yang tegak lurus terhadap sumbu simetri kedelapan (segi delapan), ordo kesepuluh (dekagonal), dan ordo keduabelas (dodekagonal). Semua quasicrystals terbuka (dan ada lebih dari seratus di antaranya) adalah paduan intermetalik berdasarkan aluminium, magnesium, nikel, titanium, seng, zirkonium, dll. Kisaran elemen paduan bahkan lebih luas, terkadang ada silikon dan germanium. Struktur kuasikristalin monoatomik hanya dapat diperoleh secara artifisial, dengan litografi, deposisi berkas molekul, dan induksi optik. Paduan kuasikristalin dapat terdiri dari dua atau lebih komponen, dengan unsur-unsur dari periode berbeda dalam tabel periodik unsur kimia; unsur transisi atau tanah jarang (RE) hampir selalu ada. Paduan ini dapat diperoleh dengan berbagai metode: pendinginan cepat, metode pertumbuhan kristal volumetrik, anil fase amorf “sedang”, reaksi dalam keadaan padat, paduan mekanis, dll.

Sejak penemuan quasicrystals, salah satu masalah utama adalah pertanyaan tentang struktur atomnya. Seiring dengan tatanan aperiodik jangka panjang dalam kuasikristal, terdapat juga tatanan atom lokal jarak pendek dari tipe cluster. Kemajuan besar dalam menentukan struktur fase ikosahedral adalah pemahaman tentang fakta bahwa dua fase kristal kompleks - mi12(a181)57 dan mi32(a181)49 - menunjukkan isomorfisme lokal dengan struktur kuasikristal yang sesuai. Masing-masing senyawa yang disebutkan mewakili kumpulan cluster bcc yang terdiri dari dua cangkang atom konsentris dengan simetri ikosahedral dan mengandung 54 atom pada kasus pertama (McKay icosahedron) dan 44 atom pada kasus kedua (gugus triacontahedral Bergmann atau fase Frank-Kasper). Untuk senyawa tipe CdX (X = Yb, Ca, Lu), cluster tipikal yang mengandung 66 atom adalah cluster Tsai. Senyawa seperti itu dengan struktur periodik disebut pendekatan kristal-

mi quasicrystals. Secara lokal, struktur aproksimasi dan kuasikristal bersifat isomorfik, hanya pada kuasikristal ikosahedral cluster yang sesuai terletak secara aperiodik di ruang angkasa, menghiasi kisi aperiodik spasial (kisi Penrose tiga dimensi, unit struktural utamanya adalah dua belah ketupat yang dikemas menurut tertentu aturan) dan saling menembus satu sama lain, sehingga quasicrystal bukanlah kumpulan cluster sederhana, tetapi struktur aperiodik spasial dengan tatanan cluster lokal. struktur cluster juga merupakan karakteristik quasicrystals “dua dimensi” (cluster kolom dengan simetri segi delapan, dekagonal dan dodecagonal). Posisi atom dalam cluster dapat ditentukan dengan metode seperti spektroskopi EXAFS dan elektronoskopi pemindaian transmisi dengan resolusi atom, dan metode terakhir bersifat langsung dan tidak memerlukan spesifikasi awal model struktural. Kuasikristal sering terbentuk di dekat komposisi karakteristik pembentukan aproksimasi. Oleh karena itu, salah satu cara paling mudah untuk mencari senyawa kuasikristalin baru adalah dengan mempelajari daerah komposisi dalam diagram fase di dekat komposisi pendekatan kristalnya.

Pertanyaan tentang sifat kestabilan energi quasicrystals merupakan salah satu pertanyaan mendasar dan berkaitan langsung dengan ciri-ciri struktur elektronik quasicrystals. Studi teoretis tentang struktur elektronik kuasikristal diperumit oleh tidak dapat diterapkannya teorema Bloch; memerlukan informasi tentang berbagai konfigurasi, tatanan jarak jauh aperiodik, simetri lokal, lokalisasi keadaan elektronik, fitur topologi ikatan kimia karena simetri kuasikristalin, resonansi hamburan oleh elemen transisi dalam struktur, dll. Karakteristik penting adalah kepadatan keadaan pada tingkat Fermi, yang menentukan stabilitas struktural dan sifat transportasi dan magnetik. Data eksperimen (kapasitas panas, spektrum fotoemisi, eksperimen terowongan, resonansi magnetik nuklir (NMR)) dan perhitungan teoretis menunjukkan adanya celah semu dalam kepadatan keadaan elektronik di tingkat Fermi. Dengan demikian, stabilitas kuasikristal dapat disebabkan oleh mekanisme elektronik Hume-Rothery, ketika, pada rasio tertentu jumlah elektron valensi per atom (e/a), tingkat Fermi jatuh ke dalam celah semu dan struktur yang sesuai dengan energi minimum sistem terwujud. Masing-masing gugus fundamental di atas dicirikan oleh sejumlah elektron per

atom e/a (e/a = XA(\ - CA) + 2ВСВ untuk paduan biner), misalnya 1,7 untuk cluster tipe Mackay, 2,15 untuk cluster tipe Bergmann dan hampir 2,0 untuk cluster Tsai. Dalam model pita keras, aturan Hume-Rothery memenuhi kondisi 1C1 = 2cr, di mana C adalah vektor kisi timbal balik yang sesuai dengan pantulan terang pertama yang membentuk apa yang disebut “pita semu Brillouin” dalam kristal kuasi; kr - Pulsa Fermi, 2kr = (3 n2(N/V))1/3 (volume zona Brillouin sebenarnya dalam quasicrystals sangat kecil, ~d3), V - volume kristal, N - jumlah sel elementer dalam volume, d - konstanta Planck. Aturan praktis Hume-Rothery lainnya (perbedaan jari-jari atom tidak boleh melebihi 15%, perbedaan elektronegativitas bukan nol) juga penting untuk menentukan objek kuasikristalin yang stabil. Penggunaan aturan inilah yang memungkinkan untuk menemukan quasicrystals stabil dari ACeCi dan

Untuk membaca artikel lebih lanjut, Anda harus membeli teks lengkapnya

ZOTOV A.M., KOROLENKO P.V., MISHIN A.YU. - 2010

Salah satu aib utama fisika modern dan fenomena yang tidak dapat dijelaskan hingga saat ini adalah quasicrystals. Kuasikristal adalah benda padat yang bercirikan simetri, dilarang (!) dalam kristalografi klasik, dan adanya keteraturan jangka panjang (urutan susunan atom atau molekul dalam suatu zat (dalam keadaan cair atau padat), yang ( tidak seperti tatanan jarak pendek) diulangi dalam jarak yang jauh tanpa batas). Tatanan koordinasi jangka panjang secara mendasar membedakan kuasikristal dari cairan dan benda amorf, dan tidak adanya subkisi membedakannya dari senyawa non-stoikiometri seperti yang disebut. emas alkimia (Hg3-dAsF6). Artinya, quasicrystal adalah sesuatu yang menurut pendapat resmi fisika modern tidak dapat ada dan tidak seharusnya ada, tetapi ada dan benar-benar ada, yang merupakan konfirmasi lain dari kekeliruan dan jalan buntu pendekatan fisika modern.

(pada foto di awal artikel adalah pola difraksi elektron dari quasicrystal Al6 Juta)

Kuasikristal yang diketahui sering kali memiliki banyak sifat “aneh” (yaitu, yang tampaknya tidak ada). Ini termasuk kekuatan super, ketahanan super terhadap panas, dan non-konduktivitas listrik, meskipun logam dalam komposisinya biasanya bertindak sebagai konduktor. Kuasikristal (sifatnya tidak dipahami oleh ilmuwan modern) tetap merupakan kandidat yang menjanjikan untuk bahan penyimpanan energi tinggi, komponen matriks logam, penghalang termal, pelapis eksotik, sensor inframerah, laser daya tinggi, dan elektromagnetisme. Beberapa paduan dan instrumen bedah berkekuatan tinggi sudah tersedia di pasaran.

Model atom kuasikristal Al-Pd-Mn

Dalam The Lost Science of Jerry Vassilatos, terdapat dugaan menarik bahwa quasicrystals mungkin secara alami terdapat pada batuan tertentu. Rupanya, Dr. Charles Brush, seorang ahli kimia fisik Amerika yang mempelajari gravitasi selama era Victoria, menemukan batuan tertentu yang dikenal sebagai basal Linz yang hancur lebih lambat dibandingkan material lain, dalam bongkahan kecil namun terukur. Setelah diperiksa lebih lanjut, ia juga menemukan bahwa mereka memiliki “panas berlebih” dalam jumlah yang tidak biasa. Meskipun ini terdengar gila bagi kebanyakan orang, semuanya masuk akal jika kita mengingat hal berikut. Jika terdapat struktur yang tepat (dan ini berarti, pertama-tama, geometri yang tepat - dengan simetri aksial dan radial), dimungkinkan untuk membuat pelindung gravitasi dan "menarik" energi langsung dari ruang sekitarnya.

Thomas Townsend Brown memperoleh sampel batuan ini dan menemukan bahwa batuan tersebut secara spontan mengeluarkan tegangan yang sangat tinggi. Cukup menyambungkan kabel ke batu dapat menghasilkan beberapa volt. Dan jika Anda memotongnya menjadi beberapa bagian, Anda bisa mendapatkan sejumlah besar energi bebas dengan menghubungkannya bersama-sama. Brown juga menemukan bahwa baterai yang terbuat dari batuan tersebut menjadi lebih kuat pada pukul enam sore dan melemah pada pukul tujuh pagi, menunjukkan bahwa radiasi matahari memiliki efek non-harmonik pada energi yang "ditarik". Baterai juga bekerja lebih baik pada ketinggian yang lebih tinggi, mungkin karena pengaruh piramida pegunungan. Peneliti lain, seperti Godovanek, secara independen telah menduplikasi dan mengkonfirmasi hasilnya.

Menurut Vassilatos, para peneliti melakukan perjalanan ke Andes dan memperoleh tegangan 1,8 volt dari satu batu. Semakin banyak grafit dalam batuan, semakin besar tekanan yang dihasilkannya. Yang terbaik dari semuanya, Brown menemukan bahwa bebatuan tersebut memancarkan dua sinyal listrik yang berbeda. Yang satu stabil dan yang lainnya berubah tergantung aktivitas matahari serta posisi dan konfigurasi antara Matahari dan Bulan. Ia juga menemukan bahwa denyut gravitasi yang jauh di ruang angkasa menciptakan kilatan listrik kecil di bebatuan. Muatan juga dihasilkan oleh batuan yang kaya akan kuarsa. Brown mampu mendeteksi aktivitas pulsar dan supernova jauh sebelum astronom radio melaporkannya, serta jilatan api matahari, meskipun batuan tersebut terlindung dari radioaktivitas, panas, dan cahaya.

Dalam buku yang sama, Vassilatos mengungkap karya Dr. Thomas Henry Moray, ilmuwan tak dikenal lainnya yang tampaknya menemukan batu yang lebih kuat dengan sifat serupa. Moray menyebutnya “batu Swedia” dan tidak pernah menyebutkan dari mana asalnya. Dia menemukan logam lunak berwarna putih keperakan ini di dua tempat berbeda - satu di batu yang tersingkap dalam bentuk kristal, yang lain di dalam bubuk putih lembut yang diduga terkikis dari gerbong kereta api. Ketika dia mencoba menggunakan kristal sebagai detektor piezoelektrik untuk gelombang radio, sinyalnya sangat kuat sehingga merusak headphone-nya. Bahkan loudspeaker yang sangat besar pun rusak oleh tegangan yang sangat tinggi ketika disetel ke stasiun radio tertentu. Moray mampu menggunakan bahan ini untuk menciptakan perangkat yang sangat kuat untuk menghasilkan energi bebas. Bahkan prototipe pertama, yang menggunakan sepotong batu Swedia seukuran jam tangan, dapat menyalakan bola lampu 100 watt dan pemanas listrik 665 watt secara bersamaan. Semakin dalam dia mendarat, semakin terang cahayanya. Pada tahun 1925, dia mendemonstrasikan teknologi ini kepada General Power Company di Salt Lake City dan kepada beberapa saksi mata yang memenuhi syarat dari Universitas Brigham Young. Mereka berusaha semaksimal mungkin untuk membuktikan bahwa itu adalah tipuan. Mereka bahkan diizinkan untuk membongkar instalasi tersebut, tetapi mereka tidak pernah menemukan apa pun. Moray kemudian mengembangkan prototipe yang mampu menghasilkan daya sebesar 50 kilowatt—cukup untuk menjalankan pabrik kecil sepanjang hari, setiap hari, tanpa harus tutup atau harus membayar listrik.

Moray mulai mencoba mendapatkan paten pada tahun 1931, namun terus ditolak. Pada tahun 1939, Asosiasi Elektrifikasi Pedesaan mengirimkan beberapa “pakar ilmiah” untuk menemui Moray. Ternyata mereka membawa senjata dan ingin membunuhnya, tapi Moray punya senjata sendiri, dan ini memaksa mereka mundur. Akibatnya, ilmuwan tersebut mengganti semua kaca di mobilnya dengan kaca anti peluru dan terus-menerus membawa pistol. Dia tidak pernah diganggu lagi, tetapi terobosan teknologinya tidak pernah terungkap.

Dia kemudian menemukan bahwa batu Swedia itu melakukan hal-hal aneh lainnya. Misalnya, ia menemukan bahwa, dengan menggunakan radio standar, ia dapat mendengarkan suara orang berbicara dan aktivitas sehari-hari lainnya dalam jarak jauh, meskipun tidak ada mikrofon di tempat tersebut. Ilmuwan tersebut secara khusus melakukan perjalanan ke tempat asal suara tersebut dan memastikan apa yang didengarnya. Ia juga menemukan bahwa batu tersebut mampu menghasilkan efek peningkatan kesehatan yang signifikan. Kemudian, pada tahun 1961, ia menemukan bahwa ia dapat mengarahkan medan energi yang diciptakan oleh perangkat untuk menumbuhkan mikrokristal emas, perak, dan platinum dari batuan sisa yang diambil dari lokasi ekstraksi batu Swedia. Batuan yang biasanya hanya mengandung 5 gram emas per ton dapat digunakan untuk menghasilkan hampir 3 kg emas dan 6 kg perak. Bahkan, ia mewujudkan impian para alkemis abad pertengahan, dalam hal ini dengan memulainya dari kristal-kristal kecil emas, perak, atau platinum yang sudah ada di dalam tanah dan membuatnya membesar seperti biji. Dengan menggunakan teknik serupa, ia mampu menciptakan timbal, yang hanya meleleh pada suhu di atas 2.000°F, dan tembaga berkekuatan tinggi dan tahan panas, yang ia gunakan sebagai permukaan pendukung untuk motor berkecepatan tinggi. Paduan lain yang ia kembangkan dapat dipanaskan hingga 12.000°F tanpa meleleh. Menurut Vassilatos, Moray sendiri mencoba mensintesis "batu Swedia" dan melakukan mikroanalisis yang mendalam. Apa yang diketahui sekarang adalah bahwa bahan utamanya adalah germanium ultra-murni, yang mengandung sejumlah kecil radiasi yang relatif tidak berbahaya dan dapat dengan mudah dilindungi.

Pada tahun 1950-an, pensiunan insinyur listrik Arthur L. Adams menemukan material halus berwarna abu-abu keperakan di Wales yang menghasilkan energi dalam jumlah yang tidak biasa. Ketika baterai khusus yang terbuat dari potongan batu ini dicelupkan ke dalam air, energinya meningkat secara signifikan, dan ketika batu tersebut dikeluarkan, air terus menghasilkan energi listrik selama berjam-jam. Pihak berwenang Inggris menyita semua artikel dan materi Adams, dengan alasan bahwa ini adalah untuk "distribusi publik di masa depan". Jelas sekali, seseorang tidak terlalu menyukai penemuan ini.

Batuan dengan quasicrystals Fe-Cu-Al alami ditemukan di Dataran Tinggi Koryak pada tahun 1979. Namun, baru pada tahun 2009 para ilmuwan dari Princeton membuktikan fakta tersebut. Pada tahun 2011, mereka menerbitkan sebuah artikel yang mengatakan bahwa quasicrystal ini berasal dari luar bumi (tampaknya, tidak ada hal yang lebih cerdas yang terlintas dalam pikiran). Pada musim panas 2011, selama ekspedisi ke Rusia, ahli mineralogi menemukan sampel baru dari quasicrystals alami.

Kuasikristal pertama kali diamati secara resmi oleh Dan Shechtman dalam eksperimen difraksi elektron pada paduan Al6Mn yang didinginkan dengan cepat, yang dilakukan pada tanggal 8 April 1984, dan ia dianugerahi Hadiah Nobel Kimia pada tahun 2011. Paduan kuasikristalin pertama yang ia temukan disebut Shechtmanite. Artikel Shekhtman tidak diterima untuk diterbitkan dua kali dan akhirnya diterbitkan dalam bentuk ringkasan bekerja sama dengan spesialis terkenal I. Blech, D. Gratias dan J. Kahn, yang ia minati. Pola difraksi yang dihasilkan mengandung puncak tajam (Bragg) yang khas dari kristal, tetapi secara umum memiliki simetri titik ikosahedron, yaitu, khususnya, memiliki sumbu simetri orde kelima, yang tidak mungkin terjadi dalam periodik tiga dimensi. kisi. Eksperimen difraksi awalnya memungkinkan penjelasan fenomena yang tidak biasa ini melalui difraksi pada beberapa kristal kembar yang menyatu menjadi butiran dengan simetri ikosahedral. Namun, eksperimen yang lebih halus segera membuktikan bahwa simetri quasicrystals hadir pada semua skala, hingga ke atom, dan zat yang tidak biasa memang merupakan struktur baru untuk pengorganisasian materi.

Penonton menempel pada karpet Struktur quasicrystal

Hadiah Nobel telah diberikan dua kali untuk zat yang seharusnya tidak ada. Pertama kali adalah graphene, yang tidak dipercaya oleh siapa pun, kedua kalinya - kristal kuasi, yang menurut teori klasik, tidak mungkin ada sama sekali.

Mereka tidak bisa, tapi mereka tetap bertahan.

Saya rasa tidak perlu membicarakan penggunaan praktis kristal di Habré. Quasicrystals memiliki cakupan aplikasi yang serupa, ditambah lagi mereka memiliki dua sifat penting - pertama, mereka mampu memperkuat material komposit (misalnya, untuk menghasilkan baja ultra-kuat - jarum untuk operasi mata), dan, kedua, ketika didinginkan, quasicrystal menjadi isolator, dan bila dipanaskan - konduktor. Tentu saja, ada prospek besar dalam teknologi LED dan secara umum dalam segala hal yang dimulai dengan “nano” dalam arti kata yang baik.

Minggu lalu, Digital October mengadakan ceramah oleh Paul Steinhardt, seorang ilmuwan yang melakukan perjalanan ke Chukotka untuk mencari kristal kuasi alami dan menelusuri seluruh cerita detektif untuk mendapatkan sampel.

Tapi mari kita mulai dari awal.

Apa itu quasicrystal?

Intinya, ini adalah zat “dikemas” yang kompleks dengan struktur yang teratur. Perbedaan dari kristal biasa adalah bahwa struktur ini tidak boleh ada karena berbagai alasan. Telah dibuktikan bahwa simetri orde kedua, ketiga, keempat dan keenam adalah mungkin, tetapi untuk kasus lain, hal ini umumnya tidak mungkin. Bagaimanapun, itulah yang mereka pikirkan sebelumnya. Misalnya, struktur kisi kristal karbon biasa menghasilkan berlian. Struktur heksagonal menghasilkan grafit yang memiliki sifat lain.

Di sisi lain, tidak mungkin, misalnya, menyusun bidang dengan segi lima beraturan, seperti halnya yang dianggap mustahil untuk segi lima. Namun, pada tahun 1982, Shechtman (yang menerima Hadiah Nobel Kimia pada tahun 2011) menunjukkan bahwa gagasan sebelumnya tidak benar.

Komponen quasicrystal pada model

Bagaimana mungkin bahan itu bisa dikemas sedemikian rapat?

Menggunakan struktur yang berbeda. Secara kasar, ini bukan hanya segi lima, tetapi juga bentuk lain yang muncul dengan frekuensi berbeda. Dan hubungan antara frekuensi-frekuensi tersebut bukanlah bilangan rasional, yaitu tidak dapat digambarkan sebagai hubungan dua bilangan bulat. Oleh karena itu, istilah "kuasikristal", atau "kristal kuasiperiodik", atau "padatan kuasiperiodik" muncul.

Perakitan kuasikristal

Sejak tahun 1984, lebih dari 100 quasicrystals yang berbeda telah diperoleh di laboratorium, tetapi diyakini bahwa pembentukan zat seperti itu di alam tidak mungkin dilakukan, karena strukturnya sangat tidak stabil. Dan sekarang bagian yang menyenangkan - Steinhardt menemukan spesimen alami.

Karpet lain

Dimana dia menemukannya?

Di salah satu museum lokal Rusia di luar katalog utama. Spesimen “Khatyrkit” ditemukan di tepi Sungai Khatyrka, di Okrug Otonomi Chukotka di Dataran Tinggi Koryak.

Dan kami mencoba mengerjakan karya ini selama beberapa tahun. Musim dingin tahun 2008 telah dimulai di sana. Secara umum, kami memotong sampel yang ada. Bagian yang sangat tipis, seperti yang Anda lihat, setengah mikrometer. Dan kami berharap bahwa kami akan memiliki akses terhadap spektrometer dan mikroskop yang bagus. Namun kami diberitahu bahwa mereka sudah dipesan oleh peneliti lain untuk tiga bulan ke depan. Namun saya berhasil bernegosiasi dengan direktur pusat sinar-X di universitas, dan dia serta saya datang ke laboratorium bersama pada pukul lima pagi pada Hari Natal. Keluarga kami tidak dapat memaafkan kami atas hal ini pada saat itu, namun kami memahami bahwa jika kami tidak berangkat pada hari itu, kami harus menunggu tiga bulan lagi. Dan saya kagum dengan apa yang kami lihat. Karena ketika kami menempatkan sampel ini ke dalam mikroskop elektron, kami langsung melihat pola difraksi. Pola difraksi yang benar-benar fantastis dan hampir sempurna dari quasicrystal sungguhan.

Bagaimana struktur ini muncul di dalam batu?

Paul membawa data tersebut ke ahli geofisika, yang menjelaskan bahwa hal ini tidak mungkin, karena paduan aluminium, tembaga, dan besi harus teroksidasi dalam kondisi alami. Sebenarnya, para fisikawan mencoba menjelaskan bahwa temuan tersebut bukanlah bentukan alam, melainkan sepotong limbah buatan manusia yang tersisa dari kilang atau reaktor nuklir Rusia (Anda tahu, mereka selalu ada di sana). Paul mengemukakan dua teori: tentang pembentukan material di kedalaman yang sangat dalam (di mana oksigen tidak terlalu banyak) atau di luar angkasa (di mana oksigen bahkan lebih sedikit). Penting untuk menemukan lebih banyak sampel untuk memverifikasi asal muasal quasicrystals.

Perakitan dan pembongkaran

Apa berikutnya?

Selanjutnya - satu setengah tahun pencarian, pencarian detektif untuk anggota ekspedisi pertama, menemukan satu orang dari mereka, jam kerja di laboratorium, konfirmasi teori tentang asal usul bahan meteorit - dan peralatan untuk ekspedisi kedua ke Anadyr , tempat khatyrkite ditemukan.

Data analisis pertama menunjukkan bahwa kami memang telah memilih material asal meteorit yang sangat bagus. Soalnya, di tengah-tengah batu ini terdapat sampel yang begitu cemerlang, bagian yang sepenuhnya sesuai dengan komposisi kimia yang kita cari, dan memiliki pola difraksi yang sesuai dengan quasicrystal. Dan mineral yang kami temukan, kami sebut ikosahedrit, karena memiliki pola difraksi yang sepenuhnya sesuai dengan kisi ikosahedral biasa. Tentu saja, ekspedisi kami ini dan fakta bahwa kami secara pribadi menggali semua sampel ini menambah kredibilitas penelitian kami di mata komunitas ilmiah. Jika Anda menunjukkan data ini kepada ahli meteorit, mereka akan segera memberi tahu Anda apa itu. Ini adalah contoh khas meteorit CV3, atau kondrit berkarbon. Terlebih lagi, di tengah kondrit ini Anda melihat bagian mengkilat yang belum pernah kita temukan di alam sebelumnya. Pada tahap ini sulit untuk memutuskan kapan quasicrystal ini terbentuk. Entah usianya sama dengan batuan di sekitarnya, sekitar 4,5 miliar tahun, atau ia terbentuk... Tapi sekarang kami sedang menggali topik ini. Kita sekarang melanjutkan dari fakta bahwa quasicrystal ini muncul pada awal keberadaan Tata Surya, miliaran tahun yang lalu, selama tumbukan meteorit. Kami berasumsi bahwa meteorit ini jatuh ke cekungan Khatyrka relatif baru, mungkin sekitar 10 ribu tahun yang lalu. Tepat pada zaman es terakhir. Tepat ketika bebatuan tanah liat mengalir ke aliran ini dengan semacam massa es. Kami melanjutkan pekerjaan kami, saya berharap kami akan menemukan beberapa rahasia lagi.

Diskusi: pakar Rusia terkemuka di bidangnya

0

Pekerjaan kursus

Kuasikristal

Saint Petersburg
2012

Isi
1. Perkenalan............................................... ................................................. ...... ... 2
2. Struktur kuasikristal................................................ ..... ........................... 5
2.1 Jenis quasicrystals dan metode pembuatannya.................................. ............ 5
2.2 Metode untuk mendeskripsikan struktur................................................ ....... ................... 8
3. Spektrum elektronik dan stabilitas struktur................................ 14
4. Eksitasi kisi-kisi................................................ ........ ........................... 17
5. Sifat fisika kuasikristal................................................ ...... .... 20
5.1 Sifat optik.................................................. .................... ................................ 20
5.2 Superkonduktivitas................................................ ............................... 21
5.3 Magnetisme................................................ ............................................... 23
5.4 Konduktivitas termal................................................ .................................... 26
5.5 Sifat mekanik dan permukaan................................................ ....... 28
6. Penerapan praktis................................................ ..... ........................... 29
7. Kesimpulan................................................ ................................................ .31
8. Aplikasi................................................ .......... ........................................ ... 32
Bibliografi
2
1. Perkenalan
Simetri kisi kristal kristal yang tersusun secara berkala didasarkan pada periodisitas susunan atomnya - transfer paralel atau translasi ke vektor utama yang menghasilkan kisi kristal mengubah kisi menjadi dirinya sendiri. Terjemahan sel satuan ke vektor kisi utama memungkinkan padat, mis. tanpa celah dan tumpang tindih, isi seluruh ruang dan dengan demikian membangun kisi kristal. Selain simetri translasi, kisi kristal juga dapat memiliki simetri rotasi dan refleksi. Simetri translasi memberlakukan batasan pada kemungkinan urutan sumbu simetri kisi kristal. Kristal yang tersusun secara periodik dapat memiliki sumbu simetri orde kedua, ketiga, keempat, atau keenam. Rotasi di sekitar sumbu simetri orde kelima dan orde apa pun yang lebih tinggi dari orde keenam tidak mengubah kisi kristal menjadi dirinya sendiri, oleh karena itu sumbu simetri seperti itu dilarang untuk kristal.
Kini telah diketahui bahwa periodisitas bukanlah syarat mutlak bagi keberadaan tatanan atom jangka panjang. Kristal kuasi mempunyai tatanan jangka panjang aperiodik dari tipe kuasiperiodik. Kuasikristal tidak memiliki simetri translasi, yang membatasi kemungkinan orde sumbu simetri, sehingga mereka dapat memiliki sumbu simetri dengan orde yang dilarang untuk kristal biasa yang terurut secara berkala. Mari kita ilustrasikan keadaan ini dengan menggunakan contoh “parket Penrose”, yang merupakan model kisi-kisi quasicrystal dua dimensi. Perhatikan bahwa konsep sel satuan tidak memungkinkan generalisasi sederhana untuk kuasikristal, karena konstruksi kisi kuasikristalin memerlukan blok struktural dari dua jenis atau lebih. Parket Penrose terdiri dari dua blok struktural yang berbeda - belah ketupat sempit dan lebar dengan sudut lancip masing-masing pada simpul π/5 dan 2π/5. Peletakan parket dengan dua belah ketupat ini, dimulai dengan lima belah ketupat lebar yang mempunyai titik sudut yang sama, menurut aturan tertentu menghasilkan penutup bidang kuasi-periodik tanpa celah dan tumpang tindih. Parket Penrose memiliki satu titik, rotasi di sekelilingnya pada sudut 2π/5 mengubah kisi menjadi dirinya sendiri, yang sesuai dengan sumbu simetri orde kelima yang tepat. Selain itu, parket Penrose memiliki simetri rotasi orde kesepuluh dalam arti rotasi melalui sudut π/5 menghasilkan kisi, perbedaannya dari aslinya tidak signifikan secara statistik - kisi-kisi tersebut tidak dapat dibedakan, misalnya, dalam eksperimen difraksi. Dengan analogi konstruksi parket Penrose, dimungkinkan untuk membuat kisi kuasikristalin dalam kotak tiga dimensi. Salah satu contoh kisi tersebut adalah jaringan Amman-Mackay, yang memiliki simetri ikosahedral dan merupakan pengisian ruang padat menurut aturan tertentu dengan belah ketupat memanjang dan pepat dengan sudut tertentu pada simpulnya.
Orde atom jarak jauh aperiodik dengan simetri ikosahedral pertama kali ditemukan oleh Shechtman, Blech, Gratia dan Kahn, yang pada tahun 1984 melaporkan pengamatan pola difraksi elektron yang tidak biasa dalam waktu cepat.
3
paduan berpendingin A186Mn14. Pertama, keberadaan tatanan jangka panjang dari tipe non-kristal terlihat - puncak Bragg yang tajam dengan adanya sumbu simetri orde kesepuluh, tidak sesuai dengan tatanan periodik. Kedua, intensitas titik difraksi tidak berkurang seiring dengan bertambahnya jarak dari pusat pola difraksi, seperti dalam kasus kristal yang tersusun secara periodik. Ketiga, jika memperhatikan barisan pantulan dari pusat pola difraksi ke pinggirannya, ternyata jarak antar pantulan dihubungkan dengan pangkat bilangan τ = (√ + 1)/2 - bagian emas ( Lihat Lampiran). Keempat, jika pantulan Bragg dari kristal yang tersusun secara periodik diindeks dengan tiga indeks Miller, maka deskripsi pola difraksi paduan A186Mn14 memerlukan enam indeks. Analisis lengkap pola difraksi yang diperoleh sepanjang berbagai arah kristalografi menunjukkan adanya enam sumbu simetri orde kelima, sepuluh sumbu simetri orde ketiga, dan lima belas sumbu simetri orde kedua. Hal ini memungkinkan kami untuk sampai pada kesimpulan bahwa struktur paduan A186Mn14 memiliki kelompok simetri titik ̅ ̅, yaitu. kelompok ikosahedron.
Pembenaran teoritis keberadaan puncak Bragg dalam pola difraksi struktur dengan simetri ikosahedral diberikan oleh Levin dan Steinhardt. Mereka membangun model kuasikristal berdasarkan dua sel elementer dengan rasio jumlah yang tidak rasional dan menunjukkan bahwa pola difraksi pengemasan aperiodik dengan simetri ikosahedral memiliki refleksi Bragg pada kumpulan simpul ruang timbal balik yang padat dengan intensitas yang sesuai dengan baik dengan yang diperoleh pada paduan A186Mn14. Struktur kuasikristalin dapat dibangun dengan pengepakan ruang aperiodik tanpa rongga dan tumpang tindih oleh beberapa unit struktural dengan motif yang sesuai - dekorasi atom. Metode yang setara untuk membangun struktur kuasikristalin terdiri dari pengemasan ruang aperiodik dengan gugus atom dari jenis yang sama, tumpang tindih sesuai dengan aturan tertentu—metode kuasi-sel. Struktur kuasikristalin diwujudkan dalam paduan logam, dan kristal kuasikristal nyata sering kali tidak sempurna, yaitu. cacat, penerapan struktur kuasikristalin sempurna dalam keadaan dasar. Struktur kuasikristalin memiliki energi yang mirip dengan struktur lain, dan, bergantung pada kondisi persiapan, perlakuan panas, dan komposisi, kuasikristalin dapat berada dalam keadaan kuasikristalin sempurna, bahkan tanpa distorsi statis yang melekat - fason, atau dalam keadaan mikrokristalin dengan panjang koherensi orde 102 Å dan simetri pseudo-ikosahedral keseluruhan.
Istilah “kristal aperiodik” diperkenalkan oleh Schrödinger sehubungan dengan diskusi tentang struktur gen. Dalam fisika keadaan padat, sebelum penemuan kuasikristal, fase termodulasi tidak proporsional dan kristal komposit dengan struktur termodulasi, pola difraksi yang mengandung Bragg maxima yang terletak dengan simetri kristal biasa, tetapi dikelilingi oleh pantulan satelit, dipelajari. Diketahui juga adanya tatanan jarak pendek ikosahedral pada paduan dengan kompleks
4
struktur, dalam gelas logam, dalam senyawa boron yang mengandung ikosahedra B12 yang saling berhubungan, dalam anion (B12H12)2-, dalam kelompok alkali dan logam mulia dan dalam senyawa intermetalik, yang sekarang dikenal sebagai pendekatan periodik kuasikristal.
Bradley dan Goldschmidt, yang mempelajari paduan yang didinginkan perlahan dalam sistem terner Al-Cu-Fe menggunakan analisis difraksi sinar-X, pada tahun 1939 melaporkan keberadaan senyawa terner komposisi Al6Cu2Fe dengan struktur yang tidak diketahui, yang mereka sebut fase ψ pada tahun 1971 Prevarsky mempelajari kesetimbangan fase dalam sistem Al -Cu-Fe dan menunjukkan bahwa fase ψ memiliki wilayah homogenitas yang tidak signifikan dan merupakan satu-satunya fase terner yang ada dalam sistem terner ini pada suhu 800 °C. Pada tahun 1987, Tsai dan rekan penulisnya menunjukkan bahwa paduan dengan komposisi yang mendekati fase ψ adalah quasicrystal ikosahedral yang stabil secara termodinamika. Pada tahun 1955, Hardy dan Silcock menemukan fase dalam sistem Al-Cu-Li, yang mereka sebut fase T2, yang pola difraksinya tidak dapat diindeks. Komposisi fase ini mendekati Al6CuLi3 dan sesuai dengan fase ikosahedral Al-Cu-Li. Pada tahun 1978, Sastry dan rekan kerjanya mengamati pola difraksi dengan simetri pseudopentagonal pada sistem Al-Pd. Kemudian, fase kuasikristalin decagonal ditemukan dalam sistem ini. Pada tahun 1982, Padezhnova dan rekan penulis melaporkan keberadaan fase R dalam sistem Y-Mg-Zn, yang pola difraksi sinar-X bubuknya tidak diuraikan oleh mereka; Selanjutnya, Luo dan rekan kerjanya menunjukkan bahwa fase ini memiliki struktur ikosahedral.
Patut dicatat bahwa paduan kuasikristalin mengandung atom transisi, logam mulia atau logam tanah jarang, yang mungkin menentukan kimia kristal dengan tatanan atom jarak pendek. Banyak fase kuasikristalin terdapat dalam diagram fase kesetimbangan dalam rentang konsentrasi yang relatif sempit. Kesetimbangan sifat termodinamika, transpor, magnetik dan mekanik dari quasicrystals, spektrum eksitasi partikel tunggal dan kolektifnya berbeda dari fase kristal dan amorf yang komposisinya serupa. Sifat spesifik quasicrystals ditentukan oleh tatanan jangka panjang aperiodik dan struktur atom lokal. Menjadi paduan unsur logam, quasicrystals bukanlah logam biasa, isolator atau semikonduktor. Tidak seperti isolator, kerapatan keadaan elektronik pada tingkat Fermi n() dalam kuasikristal bukan nol, tetapi lebih rendah dibandingkan logam biasa. Ciri khas spektrum elektronik quasicrystals mencakup celah semu dalam kepadatan keadaan elektronik pada tingkat Fermi dan struktur puncak tipis n(E), yang tercermin dalam sifat fisiknya.
5
2.Struktur kuasikristal
2.1 Jenis quasicrystal dan metode pembuatannya
Selain quasicrystals ikosahedral, terdapat quasicrystals dengan simetri orientasi lain. Kuasikristal aksial menunjukkan adanya sumbu simetri rotasi orde kedelapan, kesepuluh, dan kedua belas dan masing-masing disebut fase oktagonal, dekagonal, dan dodekagonal. Fase-fase ini memiliki susunan atom kuasi-periodik pada bidang yang tegak lurus terhadap sumbu simetri orde kedelapan, kesepuluh, dan kedua belas. Bidang kuasiperiodik itu sendiri di sepanjang sumbu ini dikemas secara periodik.
Paduan Al-Mn dan fase kuasikristalin lainnya yang ditemukan segera menjadi metastabil - ketika dipanaskan, mereka berubah menjadi keadaan teratur secara berkala. Mereka dapat diperoleh dengan pendinginan lelehan cepat atau metode eksotik lainnya. Kuasikristal metastabil memiliki tingkat kelainan yang tinggi, sehingga mempersulit studi tentang kemungkinan pengaruh kuasiperiodisitas pada sifat fisik. Hasil yang diperoleh pada sampel fase metastabil menunjukkan bahwa sifat fisik quasicrystals tersebut mendekati logam yang tidak teratur. Penemuan fase ikosahedral Al-Cu-Li menunjukkan bahwa kuasikristal setidaknya dapat stabil secara lokal dan tumbuh dalam kondisi hampir seimbang. Pada saat yang sama, analisis pola difraksi ini dan sejumlah fase kuasikristalin lainnya menunjukkan adanya cacat struktural tertentu di dalamnya - fason. Diasumsikan bahwa fason merupakan fitur integral dari struktur kuasikristalin.
Peluang baru untuk studi eksperimental sifat-sifat padatan dengan struktur kuasikristalin muncul setelah ditemukannya fase stabil termodinamika dalam sistem terner Al-Cu-Fe, Al-Cu-Ru dan Al-Cu-Os, yang mengkristal menjadi permukaan- struktur ikosahedral terpusat (FCI), yang tidak memiliki distorsi fasa. Eksperimen pertama yang dilakukan pada fase-fase ini menunjukkan bahwa kuasikristal harus diklasifikasikan sebagai kelas padatan yang terpisah dan sangat tidak biasa yang menggabungkan sifat-sifat kaca dan sifat-sifat karakteristik kristal yang tersusun secara berkala. Objek penelitian yang menarik ternyata adalah fase HZI yang stabil secara termodinamika dalam sistem terner Al-Mn-Pd, yang puncak Braggnya tidak diperluas oleh cacat struktural bahkan tanpa anil. Kesetimbangan fase dalam sistem terner A1-Mn-Pd memungkinkan pertumbuhan kristal tunggal fase ikosahedral menggunakan metode standar, yang memungkinkan dilakukannya studi rinci tentang struktur fase ini dan sifat-sifatnya. Tingkat kesempurnaan struktural yang tinggi dari kristal tunggal fase ikosahedral Al-Mn-Pd dikonfirmasi oleh pengamatan efek Bormann - transmisi sinar-X yang anomali.
Hingga saat ini, lebih dari seratus sistem berdasarkan aluminium, galium, tembaga, kadmium, nikel, titanium, tantalum, dan elemen lain yang membentuk quasicrystals telah ditemukan. Seperti telah disebutkan, fase ikosahedral yang stabil secara termodinamika dapat diperoleh pada kondisi pemadatan normal. Kuasikristal juga dapat disintesis dengan
6
menggunakan metode seperti kondensasi dari uap, pemadatan pada tekanan tinggi, devitrifikasi zat amorf, dekomposisi larutan padat lewat jenuh, difusi antar lapisan, implantasi ion, proses aktivasi mekanis dan lain-lain. Banyak metode yang digunakan untuk memperoleh fase kristal dan non-kristal juga digunakan untuk mensintesis kuasikristal.
Pembentukan quasicrystals dari lelehan pada dasarnya berbeda dengan pembentukan gelas logam. Gelas logam paling mudah dibentuk di dekat komposisi eutektik. Ini adalah komposisi dimana tidak ada fase kristal tunggal yang stabil, sehingga pada kesetimbangan paduan harus terurai menjadi dua atau lebih fase kristal dengan komposisi berbeda. Karena fakta bahwa pengelupasan kimia adalah proses yang dikontrol difusi, proses ini bersifat metastabil, dan pendinginan lelehan yang cepat mendorong pembentukan kaca metalik. Sebaliknya, quasicrystals tidak membentuk komposisi yang mendekati eutektik dalam diagram fase. Ciri khas diagram fase kesetimbangan sistem di mana fase kuasikristalin terbentuk adalah adanya peritektik. Ciri-ciri diagram fase ini merupakan ciri khas sistem di mana terdapat interaksi kuat antara unsur-unsur atom yang berbeda dan kecenderungan untuk membentuk senyawa. Kuasikristal terbentuk dalam sistem ini melalui pembentukan pusat nukleasi dan pertumbuhan selanjutnya.
Sifat lain yang menunjukkan keteraturan jangka panjang dalam susunan atom dalam kuasikristal adalah adanya fase fase yang diamati. Morfologi fase kuasikristalin bergantung pada kondisi pertumbuhan, sehingga mengungkapkan sejumlah fitur menarik. Ketika fase kuasikristalin terbentuk sebagai hasil sintesis, hanya kelompok simetri titiknya yang sering tercermin secara morfologis. Misalnya, bentuk dendrit fase ikosahedral Al-Mn metastabil adalah dodecahedron pentagonal. Dendrit fase ikosahedral yang stabil secara termodinamika dalam sistem Al-Cu-Li berbentuk triacontahedron belah ketupat. Dalam sistem Al-Pd-Mn, kristal kuasi ikosahedral berbentuk segi dalam bentuk ikosidodecahedron. Kajian pembentukan fase ikosahedral pada sistem Al-Cu-Fe menunjukkan bahwa permukaan terbentuk sepanjang bidang atom padat sesuai dengan persyaratan tegangan permukaan minimum.
Meskipun logam murni biasanya mengkristal membentuk struktur sederhana, fusi dapat mengarah pada pembentukan senyawa intermetalik dengan struktur yang cukup kompleks. Misalnya, dua fase kristal kompleks α-Mn12(Al,Si)57 dan Mg32(Al,Zn)49 menunjukkan isomorfisme lokal dengan struktur kuasikristal yang sesuai. Masing-masing senyawa yang disebutkan mewakili kumpulan gugus kubik berpusat badan (bcc) yang terdiri dari cangkang atom konsentris dengan simetri ikosahedral dan mengandung 54 atom pada kasus pertama (gugus ikosahedral McKay) dan 44 atom pada kasus kedua (gugus triacontahedral Bergmann). Senyawa semacam ini disebut pendekatan periodik dari quasicrystals.
7
Ada juga jenis cluster ketiga (cluster Tsai), yang mengandung 66 atom - pengepakan bcc dari cluster tersebut khas untuk paduan kristal seperti Cd6Yb, Zn17Sc3, yang merupakan perkiraan periodik dari quasicrystals biner yang sesuai. Studi struktur menggunakan mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi menunjukkan bahwa struktur cluster juga merupakan karakteristik dari quasicrystals, namun cluster tersebut dikemas secara aperiodik dalam ruang dan saling menembus, sehingga quasicrystals bukanlah agregat cluster sederhana, tetapi struktur dengan tatanan jangka panjang aperiodik dan struktur cluster lokal.
Kedekatan struktur aproksimasi dan kuasikristal ditunjukkan oleh kesamaan pola difraksinya. Puncak difraksi paling intens dari pendekatan kristal terletak di dekat puncak serupa dari kuasikristal terkait. Indikasi lain dari isomorfisme lokal quasicrystals dan perkiraan yang sesuai adalah hubungan orientasi yang koheren dari butirannya. Kuasikristal sering kali terbentuk di dekat komposisi aproksimasinya, jadi salah satu cara untuk mencari senyawa kuasikristalin baru adalah dengan mempelajari daerah komposisi di dekat komposisi aproksimasi kristalnya.
8
Beras. 2.1 Model dua bagian
kristal dua dimensi - parket Penrose,
terdiri dari belah ketupat sempit dan lebar.
2.2 Metode untuk mendeskripsikan struktur
Struktur aperiodik yang mengarah ke pantulan Bragg yang tajam, misalnya, parket Penrose, telah dipertimbangkan bahkan sebelum tahun 1984. Struktur ini pada dasarnya memiliki tatanan tipe orientasi jangka panjang. Untuk mendeskripsikan sifat difraksi objek kuasikristalin, struktur yang disebut pelapis kuasiperiodik, atau tesselasi bidang dan ruang, dipertimbangkan.
Menutupi suatu garis adalah pembagiannya menjadi segmen-segmen dari suatu himpunan tertentu. Di antara penutup yang diperoleh dengan cara ini, ada kelas penutup kuasiperiodik, yang tidak memiliki urutan tipe translasi jangka panjang. Mereka digunakan untuk model struktural quasicrystals.
Di antara model kerangka struktur benda kuasikristalin yang diusulkan, tampaknya yang paling luas adalah model dua fragmen yang didasarkan pada penutup kuasiperiodik garis lurus, bidang, atau ruang oleh dua unit struktural dasar. Untuk kuasikristal satu dimensi, model ini mengarah ke deret Fibonacci segmen S pendek dan L panjang dengan S=1 dan L=τ. Dalam kasus dua dimensi, model dua fragmen adalah parket Penrose, terdiri dari dua jenis belah ketupat dengan sudut lancip pada titik sudut π/5 dan 2π/5 (Gambar 2.1), dan dalam kasus tiga dimensi, a generalisasi parket Penrose yang dibentuk oleh dua jenis belah ketupat, yang disebut jaringan Amman-Mackay. Kesamaan dari implementasi model dua fragmen di atas adalah tidak adanya tatanan jangka panjang dari tipe translasi sambil mempertahankan tatanan jangka panjang dari tipe orientasi, yang mengarah ke properti yang dikenal dalam kasus Penrose. parket seperti teorema Conway: konfigurasi parket berhingga apa pun terjadi di dalamnya secara kuasi-periodik dalam jumlah tak terhingga.
9
Gambar.2.2 Konstruksi quasicrystal satu dimensi
(Rantai Fibonacci) dengan metode proyeksi; sudut
kemiringan sumbu