Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2011 № 12

Каждый, кто хоть однажды видел медицинские рентгеновские снимки, согласится, что понять по ним, какой орган где расположен и какой здоров, а какой болен, не каждому по силам. Анализом рентгенограмм занимаются в медицине особые специалисты.

Вид структуры кристалла под электронным микроскопом.

Микроструктура квазикристалла сплава серебра и алюминия.

Нобелевский лауреат Даниэль Шехтман.

Таким специалистом, только в области структуры сплавов, и стал Шехтман. Во время своих опытов он пропускал через образцы пучки электронов. Некоторые из электронов при этом сталкивались с атомами, изменяли траекторию своего полета (то есть, говоря иначе, осуществлялась дифракция пучка электронов), и на дисплее возникало некое изображение структуры сплава.

Исследователь заметил, что изучаемая им структура хорошо упорядочена, но в то же время и необычна.

Шехтман увидел окружности, образованные 10 яркими точками. Из теории ему было известно, что кристаллическая решетка обычно дает 2, 3, 4 или даже 6 точек, но никак уж не 10. Он повторил эксперимент и получил ту же картину. Д. Шехтман сделал запись о странном явлении в своем рабочем дневнике и тем самым точно датировал открытие — 8 апреля 1982 года. Продолжая эксперименты, Д. Шехтман вскоре получил дифракционный рисунок из 5-точечных окружностей, что тоже было против кристаллографических закономерностей.

Не поделиться своими результатами с американскими коллегами Дан Шехтман не мог. Но ему… просто не поверили. А когда исследователь написал статью о своей работе и отправил ее в редакцию научного журнала, рукопись была отвергнута примерно с той же формулировкой.

Д. Шехтман вернулся в Израиль и разослал копии рукописи своим коллегам в разных странах с просьбой проверить его эксперименты. И два года спустя двое других исследователей — Джон Кан и Жерве Гратиа — получили такую же картину. Статью Д. Шехтмана и его коллег принял к публикации журнал Physical Review Letters .

Так мир узнал о существовании квазикристаллов.

Такое название они получили потому, что их кристаллическая решетка обладает осями симметрии разных порядков: это ранее противоречило представлениям кристаллографов. В настоящее время обнаружено около сотни разновидностей квазикристаллов, имеющих точечную симметрию икосаэдра, а также десяти-, восьми- и двенадцатиугольника (см. рис.).

В настоящее время известно много видов квазикристаллов, имеющих точечную симметрию икосаэдра, а также десяти-, восьми- и двенадцатиугольника.

Со временем выяснилось, что с квазикристаллами физики сталкивались задолго до их официального открытия. «В частности, такие структуры были выявлены при изучении в 40-е годы XX века дифракции Дебая — Шерера на зернах интерметаллидов в алюминиевых сплавах, — сказано в научном отчете. — Однако в то время икосаэдрические квазикристаллы были ошибочно идентифицированы как кубические кристаллы с большой постоянной кристаллической решетки». То есть, говоря попросту, квазикристаллы были восприняты не как новый класс веществ, а как некие искажения в старых структурах.

Сейчас же официально признано, что квазикристаллы представляют собой особый вид сплавов, и свойства их уникальны. У них низкая теплопроводность, их электрическое сопротивление с ростом температуры падает, в то время как у обычных металлов растет. Со временем квазикристаллы нашли в разных материалах — металлах, жидкостях, полимерах.

Впрочем, долгое время считалось, что квазикристаллы можно создать только искусственным путем. Лишь в 2009 году естественные квазикристаллы, состоящие из атомов железа, меди и алюминия, были обнаружены в России во фрагментах пород, собранных на берегах реки Катырки в Якутии. Международная команда ученых, сделавших это открытие, назвала минерал с квазикристаллической решеткой икосаэдритом.

В наши дни икосаэдрит используют как добавку в высококачественную легированную сталь. Материалы со структурой квазикристаллов уже используются в авиационной и автомобильной промышленности. Есть предположения, что они найдут себе применение при создании космолетов, в нанотехнологии и микроэлектронной промышленности. Новые синтетические материалы с квазикристаллической конфигурацией будут, как полагают, иметь потрясающую твердость и прочность.