KRISTALOGRĀFIJA, 2007, 52. sējums, nr.6, lpp. 966-972

KVASI KRISTĀLI

UDC 538.9,538.911,538.915,538.93

KVASI KRISTĀLI. STRUKTŪRA UN ĪPAŠĪBAS

© 2007 Yu. X. Vekilov, E. I. Isaev

Maskavas Valsts tērauda un sakausējumu institūts E-pasts: yuri_vekilov@yahoo. com Saņemts 29.03.2007

Tiek apspriesta kvazikristālu struktūra un īpašības. Aplūkota īsa un liela attāluma atomu kārtība un šo faktoru ietekme uz fizikālajām īpašībām. Tiek uzsvērta nepieciešamība pētīt fizikālās īpašības temperatūrā, kas pārsniedz istabas temperatūru. Īsi pieminēti daudzsološie pieteikumi.

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

IEVADS

Ir pagājuši trīs gadi kopš pirmās Viskrievijas sanāksmes par kvazikristāliem un gandrīz 22 gadi pēc Šehtmana un citu cilvēku pirmā ziņojuma par fāzes novērošanu strauji atdzesētā Al-Mn sakausējumā, kura difrakcijas modelis bija asu elementu kopums. Braga atspulgi, kas atrodas ar ikosaedra simetriju, ieskaitot tos, kas ir aizliegti 5. kārtas simetrijas ass periodiskiem režģiem. Pirms šī atklājuma bija zināms par ikozaedriskas maza darbības attāluma secību sakausējumos ar sarežģītām struktūrām, amorfu metālu fāzēm, kristāliskā borā ar 12 atomu ikosaedriem, kas iepakoti lielā romboedriskā vienības šūnā, stabilos bora hidrīdos (B12H12), kā arī sārmu klasteros un cēlmetālos, taču tam tika pievērsta maza uzmanība (Frank - 1952, Frank un Kasper - 1958, Mackay - 1952). Gandrīz vienlaikus ar Šehtmanu Levins un Steinhards sniedza teorētisku pamatojumu Brega virsotņu esamībai sistēmā ar ikosaedrisku simetriju. Viņi parādīja, ka aperiodiska iesaiņojuma ar ikosaedrisku simetriju difrakcijas modelim ir Braga atstarojumi blīvā savstarpējo telpu vietu komplektā ar intensitāti, kas labi sakrīt ar Al-Mn sakausējuma intensitāti. Šo netradicionālo orientācijas liela attāluma kārtību raksturoja divas savstarpējas telpas vektoru kopas ar nesamērīgām garuma attiecībām, ko noteica

"zelta attiecība" t = 1 (1 + J5). Kopš tā laika ir parādījušies daudzi darbi par kvazikristālu uzbūvi un īpašībām, un kvazikristālu izpēte ir kļuvusi par neatkarīgu kondensēto vielu fizikas nozari.

Pirmajā sanāksmē autoru ziņojumā tika apspriestas teorētiskās metodes kvazikristālu struktūras analīzei (projekcijas tehnika daudzdimensionālā telpā, regulāru un nejaušu kvazikristālu modeļi, ikozaedrisks stikls, fazoniskie kropļojumi), kā arī īsi aprakstītas fizikālo īpašību pazīmes. Pēdējo trīs gadu laikā ir notikusi pāreja uz praktiskiem pētījumiem, raksti par kvazikristāliem ir kļuvuši reti tādos fizikas žurnālos kā, piemēram, Physical Review B un Physical Review Letters, bet tie ir sākuši biežāk parādīties žurnālā Journal of Sakausējumi un savienojumi un citi lietišķi žurnāli. Šī indikatīvā tendence zināmā nozīmē, no vienas puses, ir kvazikristālu atzīšana par praktiski svarīgiem objektiem, no otras puses, “miers pirms satraukuma”, jo uz daudziem kvazikristālu fizikas jautājumiem joprojām ir vajadzīgas atbildes. Paradoksāli, bet vēl nav labi zināms par kvazikristālu īpašībām temperatūrā virs istabas temperatūras, kur būtu jārēķinās ar tādiem efektiem kā Drude pīķa parādīšanās vadītspējā ierobežotā frekvencē, kuras nav zemā temperatūrā, liels elektroniskais ieguldījums. uz siltumvadītspēju un siltumietilpību utt. Jā, un Jautājums par to, kāpēc kvazikristāli pastāv, joprojām ir aktuāls. Teorētiskajā plānā ir jāstrādā, jo daudzi piedāvātie īpašību skaidrojumi ir neviennozīmīgi. Struktūras un ķīmiskās saites īpatnības, elektronu transports, elektronu loma termiskajā transportā, magnētisko parādību fizika, īpašību saistība ar elektroniskā spektra struktūru un iezīmēm – tas viss ir turpmāko pētījumu priekšmets. Lielāka uzmanība jāpievērš periodisko aproksimantu izpētei, jo salīdzinājums ar tiem ļauj nodalīt aperiodisko liela attāluma un

vietējie pasūtījumi kvazikristālos. Šajā apskatā, neatkārtojot 1. sapulces ziņojuma materiālu, ir apskatīta tuvās un aperiodiskās tāldarbības kārtība kvazikristālos un šo faktoru ietekme uz fizikālajām īpašībām. Īsi apspriestas turpmāko pētījumu perspektīvas.

STRUKTŪRA

Kvazikristālus raksturo aperiodiska liela attāluma secība un simetrija, kas ir aizliegta periodiskām sistēmām. Pēc simetrijas veida tos iedala ikosaedriskos (ar piektās kārtas simetrijas asīm), kā arī kvazikristālos, kuriem ir kvaziperiodisks atomu izvietojums periodiski iesaiņotās plaknēs, kas ir perpendikulāras astotās (astoņstūra) simetrijas asīm, desmitā (desmitstūra) un divpadsmitā (divstūra) kārtas. Visi atvērtie kvazikristāli (un to ir vairāk nekā simts) ir intermetāliski sakausējumi, kuru pamatā ir alumīnijs, magnijs, niķelis, titāns, cinks, cirkonijs uc Leģējošu elementu klāsts ir vēl plašāks, dažreiz ir silīcijs un germānija. Monoatomiskas kvazikristāliskas struktūras var iegūt tikai mākslīgi, izmantojot litogrāfiju, molekulāro staru pārklāšanu un optisko indukciju. Kvazikristāliskiem sakausējumiem var būt divas vai vairākas sastāvdaļas ar elementiem no dažādiem ķīmisko elementu periodiskās tabulas periodiem; pārejas jeb retzemju (RE) elements ir gandrīz vienmēr. Šos sakausējumus var iegūt ar dažādām metodēm: ātrā dzēšana, kristālu augšanas tilpuma metodes, amorfās fāzes “mērena” atkausēšana, reakcijas cietā stāvoklī, mehāniskā sakausēšana utt.

Kopš kvazikristālu atklāšanas viena no galvenajām problēmām ir bijusi jautājums par to atomu struktūru. Līdzās aperiodiskajai liela attāluma secībai kvazikristālā pastāv arī klastera tipa lokālā atomu secība mazā diapazonā. Liels progress ikosaedrālās fāzes struktūras noteikšanā bija izpratne par to, ka divām sarežģītām kristāliskajām fāzēm - mi12(a181)57 un mi32(a181)49 - ir lokāls izomorfisms ar atbilstošo kvazikristālu struktūru. Katrs no minētajiem savienojumiem ir kopu bcc iepakojums, kas sastāv no diviem koncentriskiem atomu apvalkiem ar ikozaedrisku simetriju un satur 54 atomus pirmajā gadījumā (McKay ikozaedrs) un 44 atomus otrajā (triakontaedriskā Bergmaņa kopa vai Franka-Kaspera fāze). CdX tipa savienojumam (X = Yb, Ca, Lu) tipisks klasteris, kas satur 66 atomus, ir Tsai klasteris. Šādus savienojumus ar periodisku struktūru sauca par kristālisko aproksimantu.

mi kvazikristāli. Lokāli aproksimantu un kvazikristālu struktūras ir izomorfas, tikai ikosaedriskos kvazikristālos atbilstošie kopas aperiodiski atrodas telpā, dekorējot telpisko aperiodisko režģi (telpisku Penrouza režģi, kura galvenās struktūrvienības ir saliktas pēc diviem rombiem noteikumi) un savstarpēji iekļūst viens otrā, lai kvazikristāls nebūtu vienkāršs klasteru aglomerāts, bet gan telpiska aperiodiska struktūra ar lokālu klasteru secību. klasteru struktūra ir raksturīga arī “divdimensiju” kvazikristāliem (kolonnu kopas ar attiecīgi astoņstūra, desmitstūra un divstūra simetriju). Atomu pozīcijas klasteros var noteikt ar tādām metodēm kā EXAFS spektroskopija un transmisijas skenēšanas elektronoskopija ar atomu izšķirtspēju, un pēdējā metode ir tieši tieša un neprasa iepriekšēju strukturālā modeļa specifikāciju. Kvazikristāli bieži veidojas tuvu sastāvam, kas raksturīgs aproksimanta veidošanās procesam. Tāpēc viens no ērtākajiem veidiem, kā meklēt jaunus kvazikristāliskos savienojumus, ir izpētīt kompozīcijas reģionus fāzu diagrammā blakus to kristālisko aproksimantu sastāvam.

Jautājums par kvazikristālu enerģētiskās stabilitātes būtību ir viens no fundamentālajiem jautājumiem un ir tieši saistīts ar kvazikristālu elektroniskās struktūras iezīmēm. Kvazikristālu elektroniskās struktūras teorētisko izpēti apgrūtina Bloha teorēmas nepiemērojamība, nepieciešama informācija par dažādām konfigurācijām, aperiodisku tālsatiksmes kārtību, lokālo simetriju, elektronisko stāvokļu lokalizāciju, ķīmiskās saites topoloģiskām iezīmēm kvazikristāliskas simetrijas dēļ, rezonansi. izkliede ar pārejas elementiem struktūrā u.tml.. Svarīgs raksturlielums ir stāvokļu blīvums.Fermi līmenī, kas nosaka gan struktūras stabilitāti, gan transporta un magnētiskās īpašības. Eksperimentālie dati (siltuma kapacitāte, fotoemisijas spektri, tuneļu eksperimenti, kodolmagnētiskā rezonanse (KMR)) un teorētiskie aprēķini liecina par pseidogap esamību elektronisko stāvokļu blīvumā Fermi līmenī. Tādējādi kvazikristālu stabilitāte var būt saistīta ar Hjūma-Roteri elektronisko mehānismu, kad pie noteiktas valences elektronu skaita attiecības uz atomu (e/a) Fermi līmenis nonāk pseidogapā un struktūrā, kas atbilst tiek realizēta sistēmas minimālā enerģija. Katrai no iepriekšminētajām fundamentālajām kopām ir raksturīgs noteikts elektronu skaits uz

atoms e/a (e/a = XA(\ - CA) + 2ВСВ bināram sakausējumam), piemēram, 1,7 Mackay tipa klasterim, 2,15 Bergmann tipa klasterim un gandrīz 2,0 Tsai klasterim. Cietās joslas modelī Hjūma-Roteri kārtulas atbilst nosacījumam 1C1 = 2cr, kur C ir apgrieztā režģa vektors, kas atbilst pirmajiem spilgtajiem atspīdumiem, kas veido tā saukto “Brilūna pseidojoslu” kvazikristālā; kr - Fermi impulss, 2kr = (3 n2(N/V))1/3 (īstās Briljuina zonas tilpums kvazikristālos ir bezgala mazs, ~d3), V - kristāla tilpums, N - elementāro šūnu skaits sējumā, d - Planka konstante . Stabilu kvazikristālisku objektu noteikšanai būtiski ir arī citi Hjūma-Roteri īkšķa noteikumi (atomu rādiusu atšķirība nedrīkst pārsniegt 15%, elektronegativitātes atšķirība nav nulle). Tieši šo noteikumu izmantošana ļāva atklāt stabilus ACheCi kvazikristālus un

Lai turpinātu lasīt rakstu, jums jāiegādājas pilns teksts

ZOTOVS A.M., KOROLENKO P.V., MIŠINS A.J. - 2010. gads

Viens no galvenajiem mūsdienu fizikas apkaunojumiem un līdz mūsdienām neizskaidrojamām parādībām ir kvazikristāli. Kvazikristāls ir ciets ķermenis, kam raksturīga klasiskajā kristalogrāfijā aizliegta (!) simetrija un liela attāluma kārtība (kārtība atomu vai molekulu savstarpējā izkārtojumā vielā (šķidrā vai cietā stāvoklī), kas) atšķirībā no maza attāluma pasūtījuma) atkārtojas bezgalīgi lielos attālumos). Liela attāluma koordinācijas secība būtiski atšķir kvazikristālus no šķidrumiem un amorfiem ķermeņiem, bet apakšrežģu neesamību - no tādiem nestehiometriskiem savienojumiem kā tā sauktie. alķīmiskais zelts (Hg3-dAsF6). Tas ir, kvazikristāls ir kaut kas tāds, kas saskaņā ar mūsdienu fizikas oficiālo viedokli nevar pastāvēt un kam nevajadzētu pastāvēt, bet gan tas, kas eksistē un faktiski eksistē, kas ir vēl viens apliecinājums mūsdienu fizisko pieeju maldībai un strupceļam.

(fotoattēlā raksta sākumā ir redzams kvazikristāla elektronu difrakcijas modelis Al6 Mn)

Zināmiem kvazikristāliem bieži ir daudz "dīvainu" īpašību (tas ir, kuras, šķiet, neeksistē). Tas ietver superizturību, superizturību pret karstumu un elektrības nevadītspēju, pat ja metāli to sastāvā parasti darbojas kā vadītāji. Kvazikristāli (kuru būtību mūsdienu zinātnieki nesaprot) tomēr ir daudzsološi kandidāti augstas enerģijas uzglabāšanas materiāliem, metāla matricas komponentiem, siltuma barjerām, eksotiskiem pārklājumiem, infrasarkanajiem sensoriem, lieljaudas lāzeriem un elektromagnētismam. Daži augstas stiprības sakausējumi un ķirurģiskie instrumenti jau ir pieejami tirgū.

Al-Pd-Mn kvazikristāla atomu modelis

Grāmatā The Lost Science of Jerry Vassilatos ir intriģējošs pieņēmums, ka dažos iežos dabiski var rasties kvazikristāli. Acīmredzot doktors Čārlzs Bruss, amerikāņu fizikālis ķīmiķis, kurš Viktorijas laikmetā pētīja gravitāciju, atrada dažus klintis, kas pazīstami kā Lincas bazalti, kas sabruka lēnāk nekā citi materiāli sīkos, bet izmērāmos gabaliņos. Pēc papildu pārbaudes viņš arī atklāja, ka viņiem ir neparasti daudz “pārmērīga siltuma”. Lai gan lielākajai daļai cilvēku tas izklausās traki, tas viss ir pilnīgi saprotams, ja atceramies tālāk minēto. Ja ir pareiza struktūra (un tas, pirmkārt, nozīmē pareizu ģeometriju - ar aksiālo un radiālo simetriju), ir iespējams izveidot gravitācijas vairogu un "izvilkt" enerģiju tieši no apkārtējās telpas.

Dr. Tomass Taunsends Brauns ieguva šo iežu paraugus un atklāja, ka tie spontāni izstaro pārsteidzoši augstu spriegumu. Vienkārši savienojot vadus ar akmeņiem, var iegūt vairākus voltus. Un, ja jūs tos sagriežat daudzos gabalos, jūs varat iegūt veselu voltu brīvas enerģijas, savienojot tos kopā. Brauns arī atklāja, ka no šādiem akmeņiem izgatavotās baterijas kļūst stiprākas pulksten sešos vakarā un vājākas septiņos no rīta, norādot, ka saules starojumam ir neharmoniska ietekme uz "velkamo" enerģiju. Baterijas darbojas labāk arī lielākā augstumā, iespējams, kalnu piramīdas ietekmes dēļ. Citi pētnieki, piemēram, Godovanek, ir neatkarīgi dublējuši un apstiprinājuši rezultātus.

Pēc Vassilatos teiktā, pētnieki devās uz Andiem un ieguva 1,8 voltus no viena klints. Jo vairāk grafīta bija akmeņos, jo vairāk tie radīja stresu. Pats labākais, ka Brauns atklāja, ka ieži izstaro divus dažādus elektriskos signālus. Viens ir stabils, bet otrs mainās atkarībā no Saules aktivitātes un pozīcijām un konfigurācijām starp Sauli un Mēnesi. Viņš arī atklāja, ka attāli gravitācijas pulsācijas kosmosā radīja nelielus elektriskus uzplaiksnījumus klintīs. Lādiņus radīja arī ar kvarcu bagāti akmeņi. Brauns spēja noteikt pulsāra un supernovas aktivitāti ilgi pirms radioastronomi par to ziņoja, kā arī saules uzliesmojumus, lai gan ieži bija pasargāti no radioaktivitātes, karstuma un gaismas.

Tajā pašā grāmatā Vassilatos atklāj doktora Tomasa Henrija Moreja, cita nevēstīta zinātnieka, darbu, kurš acīmredzot atklāja vēl spēcīgāku iezi ar līdzīgām īpašībām. Morejs to sauca par "zviedru akmeni" un nekad nav teicis, no kurienes tas nāk. Viņš atrada šo mīksto sudrabaini balto metālu divās dažādās vietās - vienu kristāliskā formā atklātā klintī, otru mīkstā baltā pulverī, kas it kā tika noskrāpēts no dzelzceļa vagona. Kad viņš mēģināja izmantot kristālu kā pjezoelektrisko detektoru radioviļņiem, signāls bija tik spēcīgs, ka iznīcināja viņa austiņas. Pat ļoti liels skaļrunis tika sabojāts no ļoti augsta sprieguma, kad tas tika noregulēts uz konkrētu radio staciju. Morejs varēja izmantot šo materiālu, lai izveidotu ārkārtīgi jaudīgu ierīci brīvas enerģijas ģenerēšanai. Pat pirmais prototips, kurā tika izmantots pulksteņa izmēra zviedru akmens gabals, varēja vienlaikus darbināt 100 vatu spuldzi un 665 vatu elektrisko sildītāju. Jo dziļāk viņš iezemēja, jo spilgtāka kļuva gaisma. 1925. gadā viņš demonstrēja šo tehnoloģiju uzņēmumam General Power Company Soltleiksitijā un vairākiem kvalificētiem aculieciniekiem no Brigama Janga universitātes. Viņi mēģināja visu iespējamo, lai pierādītu, ka tā ir mānīšana. Viņiem pat tika atļauts izjaukt instalāciju, taču viņi neko neatrada. Morejs vēlāk izstrādāja prototipus, kas spēj izsūknēt 50 kilovatus jaudas — pietiekami, lai darbinātu nelielu rūpnīcu visu dienu, katru dienu, neizslēdzot darbu vai nemaksājot par jaudu.

Morejs sāka mēģināt iegūt patentu 1931. gadā, taču tika pastāvīgi noraidīts. 1939. gadā Lauku elektrifikācijas asociācija nosūtīja vairākus “zinātniskos ekspertus”, lai tiktos ar Moreju. Izrādījās, ka viņi bija paņēmuši līdzi ieročus un gribēja viņu nogalināt, bet Morijam bija savi ieroči, un tas lika viņiem atkāpties. Rezultātā zinātnieks nomainīja visus stiklus savā automašīnā pret ložu necaurlaidīgu stiklu un pastāvīgi nēsāja sev līdzi revolveri. Viņš nekad vairs netika traucēts, taču viņa revolucionārā tehnoloģija nekad neredzēja dienasgaismu.

Vēlāk viņš atklāja, ka zviedru akmens darījis citas dīvainas lietas. Piemēram, viņš atklāja, ka, izmantojot standarta radio, viņš var noskaņoties uz cilvēku sarunām un citām ikdienas aktivitātēm lielos attālumos, lai gan šajās vietās nebija mikrofonu. Zinātnieks speciāli ceļoja uz vietām, no kurienes nākusi skaņa, un apstiprināja dzirdēto. Viņš arī atklāja, ka akmeņi spēj radīt ievērojamu veselību uzlabojošu efektu. Pēc tam 1961. gadā viņš atklāja, ka viņš var novirzīt ierīču radītos enerģijas laukus, lai audzētu zelta, sudraba un platīna mikrokristālus no atkritumiem, kas iegūti no vietas, kur tika iegūti zviedru akmeņi. Iežu, kas parasti satur tikai 5 gramus zelta uz tonnu, varēja izmantot, lai iegūtu gandrīz 3 kg zelta un 6 kg sudraba. Patiesībā viņš īstenoja viduslaiku alķīmiķu sapni, šajā gadījumā sākot ar sīkiem zelta, sudraba vai platīna kristāliņiem, kas jau atradās augsnē un liekot tiem augt kā sēklām. Izmantojot līdzīgas metodes, viņš varēja izveidot svinu, kas izkusa tikai temperatūrā virs 2000 ° F, un augstas stiprības, karstumizturīgu varu, ko viņš izmantoja kā atbalsta virsmu ātrgaitas motoriem. Cits viņa izstrādātais sakausējums var tikt uzkarsēts līdz 12 000 ° F bez kausēšanas. Pēc Vassilatos teiktā, Morejs pats mēģināja sintezēt "zviedru akmeni" un pakļāva to izsmeļošai mikroanalīzei. Pašlaik ir zināms, ka galvenā sastāvdaļa bija īpaši tīrs germānija, kas satur nelielu, salīdzinoši nekaitīgu starojuma daudzumu, ko var viegli aizsargāt.

Piecdesmitajos gados pensionēts elektroinženieris Artūrs L. Adamss Velsā atrada gludu, sudrabaini pelēku materiālu, kas ražoja neparasti daudz enerģijas. Iegremdējot ūdenī īpašu akumulatoru, kas izgatavots no šo akmeņu gabaliņiem, enerģija ievērojami palielinājās, un, akmeņus izvācot, ūdens turpināja ražot elektrisko enerģiju stundām ilgi. Lielbritānijas varas iestādes konfiscēja visus Adamsa rakstus un materiālus, apgalvojot, ka tas paredzēts "nākotnes publiskai izplatīšanai". Acīmredzot kādam šie atklājumi ļoti nepatika.

Ieži ar dabīgiem Fe-Cu-Al kvazikristāliem tika atrasti Korjakas augstienē 1979. gadā. Tomēr tikai 2009. gadā Prinstonas zinātnieki konstatēja šo faktu. 2011. gadā viņi publicēja rakstu, kurā teica, ka šim kvazikristālam ir ārpuszemes izcelsme (acīmredzot, nekas gudrāks neienāca prātā). 2011. gada vasarā, veicot ekspedīciju uz Krieviju, mineralogi atrada jaunus dabisko kvazikristālu paraugus.

Kvazikristālus 1984. gada 8. aprīlī pirmo reizi oficiāli novēroja Dens Šetmens, veicot elektronu difrakcijas eksperimentus ar strauji atdzesētu Al6Mn sakausējumu, par ko viņam 2011. gadā tika piešķirta Nobela prēmija ķīmijā. Pirmo viņa atklāto kvazikristālisko sakausējumu sauca par šehtmanītu. Šehtmana raksts netika pieņemts publicēšanai divas reizes un galu galā tika publicēts saīsinātā veidā sadarbībā ar slavenajiem speciālistiem I. Blech, D. Gratias un J. Kahn, kurus viņš piesaistīja. Iegūtais difrakcijas modelis saturēja asas (Bragg) pīķus, kas raksturīgas kristāliem, bet kopumā tai bija ikosaedra punktu simetrija, proti, tai bija piektās kārtas simetrijas ass, kas trīsdimensiju periodikā nav iespējama. režģis. Difrakcijas eksperiments sākotnēji ļāva izskaidrot neparasto parādību ar difrakciju uz vairākiem kristāliskiem dvīņiem, kas sapludināti graudos ar ikosaedrisku simetriju. Tomēr drīz vien smalkāki eksperimenti pierādīja, ka kvazikristālu simetrija pastāv visos mērogos, līdz pat atomam, un neparastas vielas patiešām ir jauna matērijas struktūras struktūra.

Publika pieturas pie paklāja Kvazikristāla struktūra

Nobela prēmija jau divas reizes piešķirta par vielām, kurām nevajadzētu pastāvēt. Pirmo reizi tas bija grafēns, kuram neviens neticēja, otro reizi - kvazikristāli, kas saskaņā ar klasisko teoriju nemaz nevar pastāvēt.

Viņi nevar, bet viņi turpina.

Es domāju, ka nav vajadzības runāt par praktisko kristālu izmantošanu uz Habré. Kvazikristāliem ir līdzīga pielietojuma joma, turklāt tiem ir divas svarīgas īpašības - pirmkārt, tie spēj stiprināt kompozītmateriālus (piemēram, ražot īpaši izturīgus tēraudus - adatas acu operācijām), un, otrkārt, atdziestot, kvazikristāls. kļūst par izolatoru, bet sildot - vadītāju. Protams, LED tehnoloģijās un kopumā visā, kas sākas ar “nano” šī vārda labā nozīmē, ir lielas perspektīvas.

Pagājušajā nedēļā Digitālajā oktobrī notika zinātnieka Pola Steinharda lekcija, kurš devās uz Čukotku, lai meklētu dabiskus kvazikiristalas un izgāja cauri veselam detektīvstāstam, lai iegūtu paraugus.

Bet sāksim no sākuma.

Kas ir kvazikristāls?

Būtībā tā ir sarežģīta “iepakota” viela ar regulāru struktūru. Atšķirība no parastajiem kristāliem ir tāda, ka šai struktūrai nevajadzētu pastāvēt visu iemeslu dēļ. Jau ir pierādīts, ka ir iespējama otrās, trešās, ceturtās un sestās kārtas simetrija, bet citos gadījumos tā parasti nav iespējama. Jebkurā gadījumā viņi tā domāja iepriekš. Piemēram, parastā oglekļa kristāla režģa struktūra rada dimantu. Sešstūra struktūra rada grafītu, kam ir citas īpašības.

No otras puses, nav iespējams, piemēram, plakni flīzēt ar regulāriem piecstūriem, tāpat kā tas tika uzskatīts par neiespējamu desmitstūriem. Tomēr 1982. gadā Šetmens (2011. gadā saņēma Nobela prēmiju ķīmijā) parādīja, ka iepriekšējās idejas bija nepareizas.

Kvazikristāla sastāvdaļas uz modeļa

Kā var tik cieši iepakot vielu?

Izmantojot dažādas struktūras. Aptuveni runājot, tie ir ne tikai piecstūri, bet arī citas formas, kas rodas ar dažādām frekvencēm. Un attiecības starp šīm frekvencēm nav racionāls skaitlis, tas ir, to nevar aprakstīt kā divu veselu skaitļu attiecību. Attiecīgi šādi parādījās termins “kvazikristāli” vai “kvaziperiodiski kristāli” vai “kvaziperiodiskas cietas vielas”.

Kvazikristālu montāža

Kopš 1984. gada laboratorijās ir iegūti vairāk nekā 100 dažādu kvazikristālu, taču tika uzskatīts, ka šādu vielu veidošanās dabā ir vienkārši neiespējama, jo struktūra bija ārkārtīgi nestabila. Un tagad jautrākā daļa – Šteinhards atrada tieši dabisku eksemplāru.

Vēl viens paklājs

Kur viņš to atrada?

Vienā vietējā krievu muzejā ārpus galvenā kataloga. “Khatyrkit” paraugs tika atrasts Hatyrkas upes krastos, Čukotkas autonomajā apgabalā Korjakas augstienē.

Un mēs mēģinājām strādāt ar šo gabalu vairākus gadus. Tur jau bija sākusies 2008. gada ziema. Kopumā mēs izgriezām esošo paraugu. Ļoti plānas sekcijas, kā redzat, puse mikrometra. Un mēs gaidījām, ka mums būs pieejami labi spektrometri un labi mikroskopi. Bet mums teica, ka tos jau ir rezervējuši citi pētnieki nākamajiem trim mēnešiem. Bet man izdevās sarunāties ar universitātes rentgena centra direktoru, un mēs ar viņu piecos no rīta Ziemassvētku dienā ieradāmies kopā uz laboratoriju. Mūsu ģimene toreiz mums to nevarēja piedot, taču sapratām, ka, ja tajā dienā nebrauksim, būs jāgaida vēl trīs mēneši. Un es biju pārsteigts par to, ko mēs redzējām. Tā kā, ievietojot šo paraugu elektronu mikroskopā, mēs uzreiz redzējām difrakcijas modeli. Absolūti fantastisks, gandrīz ideāls īsta kvazikristāla difrakcijas modelis.

Kā šī struktūra parādījās akmens iekšpusē?

Pols datus nogādāja ģeofiziķiem, kuri paskaidroja, ka tas nav iespējams, jo alumīnija, vara un dzelzs sakausējumam dabiskos apstākļos bija jāoksidējas. Faktiski fiziķi mēģināja izskaidrot, ka atradums nav dabisks veidojums, bet gan cilvēka radīts atkritumu gabals, kas palicis pāri no Krievijas naftas pārstrādes rūpnīcas vai kodolreaktora (nu, ziniet, tie ir ik uz soļa). Pāvils nāca klajā ar divām teorijām: par materiāla veidošanos lielā dziļumā (kur nav ļoti daudz skābekļa) vai kosmosā (kur ir vēl mazāk). Bija nepieciešams atrast vairāk paraugu, lai pārbaudītu kvazikristālu dabisko izcelsmi.

Salikšana un demontāža

Ko tālāk?

Nākamais - pusotru gadu ilga meklēšana, pirmās ekspedīcijas dalībnieku detektīva meklēšana, viena cilvēka atrašana no viņiem, stundas laboratorijās, teorijas apstiprinājums par materiālu meteorītu izcelsmi - un aprīkojums otrajai ekspedīcijai uz Anadiru. , kur tika atrasts hatirkīts.

Pirmie analīzes dati parādīja, ka mēs patiešām esam izvēlējušies ļoti labus meteorītu izcelsmes materiālus. Redziet, šī akmens centrā ir tik izcils paraugs, gabals, kas pilnībā atbilda ķīmiskajam sastāvam, kuru mēs meklējām, un kuram bija difrakcijas raksts, kas atbilst kvazikristālam. Un minerālu, ko mēs atradām, mēs saucām par ikosaedrītu, jo tam bija difrakcijas modelis, kas pilnībā atbilda parastajam ikosaedriskam režģim. Protams, šī mūsu ekspedīcija un tas, ka mēs personīgi izrakām visus šos paraugus, mūsu pētījumiem palielināja uzticamību zinātnieku aprindās. Ja jūs parādīsit šos datus meteorītu ekspertiem, viņi nekavējoties pateiks, kas tas ir. Šis ir tipisks CV3 meteorīta vai oglekļa hondrīta piemērs. Turklāt šī hondrīta centrā jūs redzat spīdīgu gabalu, kādu mēs dabā vēl nekad neesam atraduši. Šajā posmā ir grūti izlemt, kad šis kvazikristāls tika izveidots. Vai nu tas ir viengadīgs ar apkārtējo iezi, apmēram 4,5 miljardus gadu vecs, vai arī tas ir izveidojies... Bet mēs tagad iedziļināmies šajā tēmā. Tagad mēs izejam no tā, ka šis kvazikristāls radās Saules sistēmas pastāvēšanas rītausmā, pirms daudziem miljardiem gadu, meteorītu sadursmes laikā. Mēs pieņemam, ka šis meteorīts Hatyrkas baseinā iekrita salīdzinoši nesen, iespējams, apmēram pirms 10 tūkstošiem gadu. Tieši pēdējā ledus laikmeta laikā. Tieši tad, kad pa šo straumi gāja māla akmeņi ar kaut kādām ledus masām. Turpinām darbu, gribētos cerēt, ka atklāsim vēl kādus noslēpumus.

Diskusija: vadošie Krievijas eksperti šajā jomā

0

Kursa darbs

Kvazikristāli

Sanktpēterburga
2012

Saturs
1. Ievads............................................... .................................................. ...... ... 2
2. Kvazikristālu uzbūve................................................ ..................................... 5
2.1 Kvazikristālu veidi un to sagatavošanas metodes................................................ ........ 5
2.2. Struktūras aprakstīšanas metodes................................................ .............................. 8
3. Elektroniskais spektrs un struktūras stabilitāte................................... 14
4. Režģa ierosmes................................................. ...................................... 17
5. Kvazikristālu fizikālās īpašības................................................ ...... .... 20
5.1 Optiskās īpašības................................................ .............................................. 20
5.2 Supravadītspēja.................................................. ........................... 21
5.3 Magnētisms................................................ ............................................... 23
5.4 Siltumvadītspēja.................................................. ..................................... 26
5.5 Mehāniskās un virsmas īpašības................................................ ...... 28
6. Praktiski pielietojumi.................................................. ..................................... 29
7. Secinājums................................................. ...................................................... 31
8. Pieteikums.................................................. ...................................................... ... 32
Bibliogrāfija
2
1. Ievads
Periodiski sakārtotu kristālu kristāliskā režģa simetrijas pamatā ir to atomu izkārtojuma periodiskums - paralēli pārnesumi jeb translācijas uz galvenajiem vektoriem, kas ģenerē kristāla režģi, pārveido režģi par sevi. Vienības šūnas tulkojumi uz galvenajiem režģa vektoriem pieļauj blīvu, t.i. bez atstarpēm un pārklāšanās, aizpildiet visu telpu un tādējādi izveidojiet kristāla režģi. Papildus translācijas simetrijai kristāliskajam režģim var būt arī rotācijas un atstarošanas simetrija. Translācijas simetrija uzliek ierobežojumus iespējamām kristāla režģu simetrijas asu secībām. Periodiski sakārtotiem kristāliem var būt otrās, trešās, ceturtās vai sestās kārtas simetrijas asis. Rotācijas ap piektās kārtas simetrijas asīm un jebkuras kārtas augstākas par sesto nepārveido kristāla režģi par sevi, tāpēc kristāliem šādas simetrijas asis ir aizliegtas.
Tagad ir labi zināms, ka periodiskums nav obligāts nosacījums liela attāluma atomu kārtības pastāvēšanai. Kvazikristāliem ir stingri aperiodiska kvaziperiodiska tipa liela attāluma secība. Kvazikristāliem nav translācijas simetrijas, kas ierobežo iespējamās simetrijas asu kārtas, tāpēc tiem var būt simetrijas asis, kas ir aizliegtas parastajiem periodiski sakārtotiem kristāliem. Ilustrēsim šo apstākli, izmantojot piemēru “Penrose parkets”, kas ir divdimensiju kvazikristāla režģa modelis. Ņemiet vērā, ka vienības šūnas jēdziens neļauj vienkārši vispārināt kvazikristālus, jo kvazikristālisko režģu uzbūvei ir nepieciešami divu vai vairāku veidu strukturālie bloki. Penrose parkets sastāv no diviem dažādiem konstrukcijas blokiem - šauriem un platiem rombiem ar akūtiem leņķiem attiecīgi virsotnēs π/5 un 2π/5. Parketa ieklāšana ar šiem diviem rombiem, sākot ar pieciem platiem rombiem ar kopīgu virsotni, saskaņā ar noteiktiem noteikumiem noved pie plaknes kvaziperiodiska pārklājuma bez spraugām un pārlaidumiem. Penrose parketam ir viens punkts, rotācija ap kuru 2π/5 leņķī pārveido režģi par sevi, kas atbilst precīzai piektās kārtas simetrijas asij. Turklāt Penrose parketam ir desmitās kārtas rotācijas simetrija tādā ziņā, ka rotācija pa leņķi π/5 noved pie režģa, atšķirība no sākotnējā ir statistiski nenozīmīga - šādus režģus nevar atšķirt, piemēram, difrakcijas eksperimentos. Pēc analoģijas ar Penrose parketa konstrukciju ir iespējams izveidot kvazikristālisko režģi trīsdimensiju gadījumā. Viens no šāda režģa piemēriem ir Amman-Mackay tīkls, kam ir ikosaedriska simetrija un kas ir blīvs telpas piepildījums saskaņā ar noteiktiem noteikumiem ar iegareniem un izliektiem romboedriem ar noteiktiem leņķiem virsotnēs.
Aperiodisku liela attāluma atomu secību ar ikosaedrisku simetriju pirmo reizi atklāja Šetmens, Blehs, Gratia un Kāns, kuri 1984. gadā ziņoja par neparastu elektronu difrakcijas modeļu novērošanu ātrās frekvencēs.
3
atdzesēts sakausējums A186Mn14. Pirmkārt, bija redzama nekristāliska tipa liela attāluma secība - asas Braga virsotnes desmitās kārtas simetrijas ass klātbūtnē, kas nav savienojamas ar periodisku secību. Otrkārt, difrakcijas plankumu intensitāte nesamazinājās līdz ar attālumu no difrakcijas modeļa centra, kā tas ir periodiski sakārtotu kristālu gadījumā. Treškārt, apsverot atstarojumu secību no difrakcijas modeļa centra līdz tā perifērijai, izrādījās, ka attālumi starp atstarojumiem ir saistīti ar skaitļa pakāpēm τ = (√ + 1)/2 - zelta griezums ( skatīt pielikumu). Ceturtkārt, ja periodiski sakārtota kristāla Brega atstarojumus indeksē ar trim Millera indeksiem, tad A186Mn14 sakausējuma difrakcijas modeļa aprakstam bija nepieciešami seši indeksi. Pilnīga difrakcijas modeļu analīze, kas iegūta dažādos kristalogrāfiskajos virzienos, parādīja sešu piektās kārtas simetrijas asis, desmit trešās kārtas simetrijas asis un piecpadsmit otrās kārtas simetrijas asis. Tas ļāva nonākt pie secinājuma, ka A186Mn14 sakausējuma struktūrā ir punktu simetrijas grupa ̅ ̅, t.i. ikosaedru grupa.
Teorētisko pamatojumu Brega pīķu esamībai ikozaedriskas simetrijas struktūras difrakcijas modeļos sniedza Levins un Steinhards. Viņi izveidoja kvazikristāla modeli, pamatojoties uz divām elementāršūnām ar neracionālu to skaita attiecību, un parādīja, ka aperiodiskā blīvējuma difrakcijas modelim ar ikozaedrisku simetriju ir Brega atspulgi uz blīvu savstarpēju telpas mezglu kopu ar intensitāti, kas labi sakrīt ar tie, kas iegūti no A186Mn14 sakausējuma. Kvazikristālisku struktūru var uzbūvēt, aperiodiski sablīvējot telpu bez tukšumiem un pārklāšanās ar vairākām struktūrvienībām ar atbilstošu motīvu - atomu apdari. Līdzvērtīga metode kvazikristāliskas struktūras konstruēšanai sastāv no telpas periodiskas iesaiņošanas ar tāda paša tipa atomu kopām, kas pārklājas saskaņā ar noteiktiem noteikumiem - kvazišūnu metodi. Kvazikristāliskas struktūras tiek realizētas metālu sakausējumos, un īstie kvazikristāli bieži vien ir nepilnīgi, t.i. defektīvs, perfektas kvazikristāliskas struktūras īstenošana pamatstāvoklī. Kvazikristāliskā struktūra ir enerģētiski tuva citām struktūrām, un, atkarībā no sagatavošanas, termiskās apstrādes un sastāva apstākļiem, kvazikristāls var būt ideālā kvazikristāliskā stāvoklī pat bez raksturīgiem statiskiem kropļojumiem - fasoniem vai mikrokristāliskā stāvoklī ar koherences garums 102 Å un kopējā pseido-ikosaedriskā simetrija .
Terminu "periodisks kristāls" ieviesa Šrēdingers saistībā ar diskusiju par gēna struktūru. Cietvielu fizikā pirms kvazikristālu atklāšanas tika pētītas nesamērīgi modulētas fāzes un kompozītkristāli ar modulētu struktūru, kuru difrakcijas modeļi satur Braga maksimumus, kas atrodas ar ierasto kristālisko simetriju, bet tos ieskauj satelīta atspulgi. Bija zināms arī par ikozaedriskas maza darbības attāluma secību sakausējumos ar kompleksu
4
struktūra, metāliskajos stiklos, bora savienojumos, kas satur savstarpēji savienotus B12 ikosaedrus, (B12H12)2-anjonā, sārmu un cēlmetālu kopās un intermetāliskajos savienojumos, kas mūsdienās pazīstami kā periodiski kvazikristālu aproksimanti.
Bredlijs un Goldšmits, kuri pētīja lēni atdzesētus sakausējumus trīskāršā sistēmā Al-Cu-Fe, izmantojot rentgenstaru difrakcijas analīzi, 1939. gadā ziņoja par Al6Cu2Fe trīskārša savienojuma esamību ar nezināmu struktūru, ko viņi 1971. gadā sauca par ψ fāzi. Prevarskis pētīja fāžu līdzsvaru Al sistēmā -Cu-Fe un parādīja, ka ψ fāzei ir nenozīmīgs viendabīguma apgabals un tā ir vienīgā trīskāršā fāze, kas pastāv šajā trīskāršā sistēmā 800 °C temperatūrā. 1987. gadā Tsai un līdzautori parādīja, ka sakausējums, kura sastāvs ir tuvu ψ fāzes sastāvam, ir termodinamiski stabils ikosaedrisks kvazikristāls. 1955. gadā Hārdijs un Silkoks atklāja fāzi Al-Cu-Li sistēmā, ko viņi sauca par T2 fāzi, kuras difrakcijas modeli nevarēja indeksēt. Šīs fāzes sastāvs ir tuvu Al6CuLi3 un atbilst ikosaedrālajai Al-Cu-Li fāzei. 1978. gadā Sastry un kolēģi Al-Pd sistēmā novēroja difrakcijas modeli ar pseidopentagonālu simetriju. Vēlāk šajā sistēmā tika atklāta desmitstūra kvazikristāliskā fāze. 1982. gadā Padežnova un līdzautori ziņoja par R fāzes esamību Y-Mg-Zn sistēmā, kuras pulvera rentgenstaru difrakcijas modeli viņi neatšifrēja; Pēc tam Luo un kolēģi parādīja, ka šai fāzei ir ikosaedriska struktūra.
Ievērības cienīgs ir fakts, ka kvazikristāliskie sakausējumi satur pārejas atomus, cēlzemju vai retzemju metālus, kas, iespējams, nosaka neliela diapazona atomu secības kristālu ķīmiju. Daudzas kvazikristāliskas fāzes pastāv līdzsvara fāzes diagrammā salīdzinoši šaurā koncentrācijas diapazonā. Kvazikristālu līdzsvara termodinamiskās, transportēšanas, magnētiskās un mehāniskās īpašības, to vienas daļiņas un kolektīvās ierosmes spektri atšķiras no tiem pēc sastāva līdzīgu kristālisko un amorfo fāžu spektriem. Kvazikristālu specifiskās īpašības nosaka gan aperiodiskā liela attāluma secība, gan lokālā atomu struktūra. Tā kā kvazikristāli ir metālisku elementu sakausējumi, tie nav parastie metāli, izolatori vai pusvadītāji. Atšķirībā no izolatoriem, elektronisko stāvokļu blīvums Fermi līmenī n () kvazikristālos nav nulle, bet zemāks nekā tipiskiem metāliem. Kvazikristālu elektroniskā spektra raksturīgās iezīmes ir pseidogara elektronisko stāvokļu blīvumā Fermi līmenī un plāna pīķa struktūra n (E), kas atspoguļojas to fizikālajās īpašībās.
5
2.Kvazikristālu uzbūve
2.1. Kvazikristālu veidi un to sagatavošanas metodes
Papildus ikosaedriskiem kvazikristāliem ir arī kvazikristāli ar citu orientācijas simetriju. Aksiālie kvazikristāli parādīja astotās, desmitās un divpadsmitās kārtas rotācijas simetrijas asu klātbūtni, un tos sauca attiecīgi par astoņstūra, desmitstūra un divstūra fāzēm. Šīm fāzēm ir kvaziperiodisks atomu izvietojums plaknēs, kas ir perpendikulāras astotās, desmitās un divpadsmitās kārtas simetrijas asīm. Pašas kvaziperiodiskās plaknes gar šīm asīm ir iesaiņotas periodiski.
Drīz vien atklātie Al-Mn sakausējumi un citas kvazikristāliskas fāzes izrādījās metastabilas – karsējot tās pārgāja periodiski sakārtotā stāvoklī. Tos varēja iegūt ar ātru kausējuma dzēšanu vai citām eksotiskām metodēm. Metastablejiem kvazikristāliem bija augsta traucējumu pakāpe, kas sarežģīja pētījumus par kvaziperiodiskuma iespējamo ietekmi uz fizikālajām īpašībām. Metastabilo fāžu paraugos iegūtie rezultāti liecināja, ka pēc savām fizikālajām īpašībām šādi kvazikristāli ir tuvi nesakārtotiem metāliem. Ikozaedriskās Al-Cu-Li fāzes atklāšana parādīja, ka kvazikristāli var būt vismaz lokāli stabili un augt gandrīz līdzsvara apstākļos. Tajā pašā laikā šīs un vairāku citu kvazikristālisko fāžu difrakcijas modeļu analīze parādīja īpašu strukturālu defektu - fazonu - klātbūtni. Tika pieņemts, ka fasoni ir neatņemama kvazikristālisko struktūru iezīme.
Jaunas iespējas eksperimentāli pētīt cietvielu ar kvazikristālisku struktūru īpašības parādījās pēc termodinamiski stabilu fāžu atklāšanas trīskāršajās sistēmās Al-Cu-Fe, Al-Cu-Ru un Al-Cu-Os, kas kristalizējas par sejas- centrēta ikosaedriska (FCI) struktūra, kurā nav fāzu kropļojumu. Jau pirmie eksperimenti, kas veikti ar šīm fāzēm, parādīja, ka kvazikristāli ir jāklasificē kā atsevišķa un ļoti neparasta cietvielu klase, kas apvieno gan stiklu īpašības, gan īpašības, kas raksturīgas periodiski sakārtotiem kristāliem. Interesants izpētes objekts izrādījās termodinamiski stabila HZI fāze Al-Mn-Pd trīskāršajā sistēmā, kuras Braga virsotnes nepaplašina struktūras defekti pat bez atkausēšanas. Fāzu līdzsvars trīskāršajā sistēmā A1-Mn-Pd ļauj izaudzēt ikosaedriskās fāzes monokristālus, izmantojot standarta metodes, kas ļāva veikt detalizētus šīs fāzes struktūras un tās īpašību pētījumus. Ikozaedriskās fāzes Al-Mn-Pd monokristālu augsto strukturālās pilnības pakāpi apstiprināja Bormaņa efekta - anomālas rentgenstaru pārraides - novērojums.
Līdz šim ir atklātas vairāk nekā simts sistēmu, kuru pamatā ir alumīnijs, gallijs, varš, kadmijs, niķelis, titāns, tantals un citi elementi, kuros veidojas kvazikristāli. Kā jau minēts, normālos sacietēšanas apstākļos var iegūt termodinamiski stabilas ikosaedriskas fāzes. Kvazikristālus var arī sintezēt ar
6
izmantojot tādas metodes kā kondensācija no tvaika, sacietēšana augstā spiedienā, amorfas vielas devitrifikācija, pārsātinātu cieto šķīdumu sadalīšana, starpslāņu difūzija, jonu implantācija, mehāniskās aktivācijas process un citas. Daudzas metodes, ko izmanto kristālisko un nekristālisko fāžu iegūšanai, izmanto arī kvazikristālu sintezēšanai.
Kvazikristālu veidošanās no kausējuma būtiski atšķiras no metālisku stiklu veidošanās. Metāla brilles visvieglāk veidojas netālu no eitektiskā sastāva. Tie ir sastāvi, kuros neviena atsevišķa kristāliskā fāze nav stabila, tā ka līdzsvara stāvoklī sakausējumam jāsadalās divās vai vairākās dažāda sastāva kristāliskajās fāzēs. Sakarā ar to, ka ķīmiskā pīlinga ir difūzijas kontrolēts process, šis process ir metastabils, un strauja kausējuma atdzišana veicina metāliskā stikla veidošanos. Gluži pretēji, kvazikristāli neveidojas blakus kompozīcijām, kas ir tuvu eitektikai fāzes diagrammā. Sistēmu, kurās veidojas kvazikristāliskas fāzes, līdzsvara fāzes diagrammu atšķirīga iezīme ir peritektikas klātbūtne. Šīs fāzu diagrammu pazīmes ir raksturīgas sistēmām, kurās pastāv spēcīga mijiedarbība starp dažādām atomu sastāvdaļām un tendence veidot savienojumus. Kvazikristāli šajās sistēmās veidojas, veidojot kodolu centrus un pēc tam augot.
Vēl viena īpašība, kas norāda uz liela attāluma secību atomu izkārtojumā kvazikristālos, ir novēroto fāžu šķautņu esamība. Kvazikristāliskās fāzes morfoloģija ir atkarīga no augšanas apstākļiem, atklājot vairākas interesantas iezīmes. Kad sintēzes rezultātā veidojas kvazikristāliskā fāze, morfoloģiski bieži tiek atspoguļota tikai tās punktu simetrijas grupa. Piemēram, metastabilās ikosaedrālās Al-Mn fāzes dendrītu forma ir piecstūra dodekaedrs. Termodinamiski stabilās ikosaedriskās fāzes dendriti Al-Cu-Li sistēmā ir slīpēti rombveida triakontaedra formā. Al-Pd-Mn sistēmā ikosaedriski kvazikristāli ir slīpēti ikozidodekaedra formā. Pētījums par ikozaedriskās fāzes fasetes veidošanos Al-Cu-Fe sistēmā parādīja, ka virsmas tiek veidotas gar blīvām atomu plaknēm saskaņā ar minimālo virsmas spriegumu prasību.
Lai gan tīri metāli parasti kristalizējas, veidojot vienkāršas struktūras, saplūšana var izraisīt intermetālisku savienojumu veidošanos ar diezgan sarežģītām struktūrām. Piemēram, divām sarežģītām kristāliskajām fāzēm α-Mn12(Al,Si)57 un Mg32(Al,Zn)49 ir ​​lokāls izomorfisms ar atbilstošo kvazikristālu struktūru. Katrs no minētajiem savienojumiem ir uz ķermeni centrēts kubiskais (bcc) klasteru iepakojums, kas sastāv no koncentriskiem atomu apvalkiem ar ikosaedrisku simetriju un satur 54 atomus pirmajā gadījumā (MacKay ikozaedrisks klasteris) un 44 atomus otrajā (Bergmaņa triakontaedrisks klasteris). Šādus savienojumus sauc par periodiskiem kvazikristālu tuvinājumiem.
7
Ir trešais klasteru veids (Tsai klasteris), kas satur 66 atomus - šādu klasteru bcc iepakojums ir tipisks kristāliskajiem sakausējumiem, piemēram, Cd6Yb, Zn17Sc3, kas ir atbilstošo bināro kvazikristālu periodiski aproksimanti. Struktūras pētījumi, izmantojot augstas izšķirtspējas transmisijas elektronu mikroskopiju, ir parādījuši, ka klasteru struktūra ir raksturīga arī kvazikristāliem, tomēr klasteri ir periodiski iesaiņoti telpā un ir savstarpēji caurlaidīgi, tāpēc kvazikristāli nav vienkāršs klasteru agregāts, bet gan struktūra ar periodiska liela attāluma secība un lokāla klastera struktūra.
Par ciešo saistību starp aproksimantu un kvazikristālu struktūru liecina to difrakcijas modeļu līdzība. Intensīvākās kristālisko aproksimantu difrakcijas virsotnes atrodas blakus līdzīgu saistīto kvazikristālu virsotnēm. Vēl viena norāde uz kvazikristālu lokālo izomorfismu un atbilstošo aproksimantu ir to graudu saskaņotās orientācijas attiecības. Kvazikristāli bieži veidojas tuvu aproksimanta sastāvam, tāpēc viens no veidiem, kā meklēt jaunus kvazikristāliskus savienojumus, ir izpētīt kompozīcijas reģionus tuvu to kristāliskā aproksinta sastāvam.
8
Rīsi. 2.1 Divdaļīgs modelis
divdimensiju kristāls - Penrose parkets,
sastāv no šauriem un platiem rombiem.
2.2. Struktūras aprakstīšanas metodes
Aperiodiskas struktūras, kas rada asus Braga atspīdumus, piemēram, Penrose parkets, tika aplūkotas jau pirms 1984. gada. Šīm konstrukcijām pamatā ir orientācijas tipa tālā secība. Lai aprakstītu kvazikristālisku objektu difrakcijas īpašības, tika ņemtas vērā struktūras, ko sauc par kvaziperiodiskiem pārklājumiem vai plaknes un telpas teselācijām.
Līnijas pārklāšana ir tās sadalīšana segmentos no dotās kopas. Starp šādā veidā iegūtajiem segumiem izceļas kvaziperiodisku segumu klase, kam nav translācijas tipa tālās kārtas. Tos izmanto kvazikristālu strukturālajiem modeļiem.
No piedāvātajiem kvazikristālisko objektu struktūras skeleta modeļiem, acīmredzot, visizplatītākais ir jāuzskata divu fragmentu modelis, kas balstīts uz taisnas līnijas, plaknes vai telpas kvaziperiodisku pārklājumu ar divām elementārām struktūrvienībām. Viendimensijas kvazikristālam šis modelis noved pie Fibonači īsu S un garu L segmentu secības ar S = 1 un L = τ. Divdimensiju gadījumā divu fragmentu modelis ir Penrose parkets, kas sastāv no divu veidu rombiem ar asiem leņķiem virsotnēs π/5 un 2π/5 (2.1. attēls), un trīsdimensiju gadījumā a. Penrose parketa vispārinājums, ko veido divu veidu romboedri, ko sauc par Amman-Mackay tīklu. Iepriekšminētajām divu fragmentu modeļa realizācijām ir kopīgs tas, ka nav translācijas tipa liela diapazona secības, vienlaikus saglabājot orientācijas tipa liela attāluma secību, kas noved pie īpašības, kas zināma Penrouza gadījumā. parkets kā Konveja teorēma: jebkura ierobežota parketa konfigurācija tajā notiek kvaziperiodiski bezgalīgi daudz reižu.
9
2.2. att. Viendimensijas kvazikristāla uzbūve
(Fibonači ķēdes) ar projekcijas metodi; stūrī
ass slīpums