Шокирующее происхождение квазикристалла

Натали Волховер

История того, что, несомненно, является самым интересным камнем в мире, приняла еще один оборот.

Во-первых, резюме: камень, найденный несколько лет назад в подвале итальянского музея, оказался единственным известным природным «квазикристаллом» — ослепительной, загадочной формой материи, в которой атомы образуют мозаичную мозаику в пространстве, которая никогда не бывает совершенной. повторяется. Дополнительные испытания показали, что эта порода является самым древним видом метеорита, выкованным при рождении Солнечной системы. Но он содержит такие химически противоположные ингредиенты, что никто не мог понять, как 4,5 миллиарда лет назад все они оказались загнаны в одну и ту же скалу.

В поисках дополнительных подсказок о формировании космического камня физику из Принстона Полу Стейнхардту, итальянскому геологу Луке Бинди и их сотрудникам удалось выследить его невольного первооткрывателя, который вытащил его из русла реки на отдаленном северо-востоке России в 1979 году во время поиска платины. Как я сообщал два года назад , Стейнхардт и компания затем покинули свои башни из слоновой кости и отправились на расшатанных ратраках через тундру, сумев не только найти ручей, из которого был взят их образец, но даже собрать дополнительные зерна древнего метеорита.

Добыча экспедиции породила новые вопросы. Некоторые из новонайденных зерен метеорита демонстрировали признаки сильного удара, что совершенно нехарактерно для метеоритов, которые образовались при рождении Солнечной системы, как правило, в результате постепенной аккреции материала. Возможно, метеорит сначала образовался таким образом, а затем вошел в астероид, переживший грандиозное столкновение. Вопрос в том, были ли участки квазикристалла там с самого начала, или удар от столкновения с астероидом спровоцировал их образование?

Образец горной породы, найденный в коллекции итальянского музея восемь лет назад, содержит гранулы икосаэдрита, природного квазикристалла.

Ученые давно спорят о том, как образуются квазикристаллы. Их существование бросает вызов традиционной кристаллографии. В то время как кристаллы состоят из атомарных мотивов, таких как квадраты или шестиугольники, точные повторения которых заполняют пространство (правило, которое допускает только четыре типа вращательной симметрии), квазикристаллы состоят из мотивов пятиугольников, десятиугольников и любых других форм, которые разбивают пространство только в неповторяющихся расположениях. , свобода, которая позволяет всей структуре иметь бесконечное количество возможных вращательных симметрий. Были изготовлены сотни синтетических квазикристаллов с тех пор, как первый был случайно выкован в лаборатории в 1982 году, однако неясно, как и почему атомы входят в такие сложные конфигурации — только то, что они делают это, когда определенные элементы комбинируются в правильных соотношениях.

Вот что делает последний поворот сюжета таким интересным.

Пол Азимоу из Калифорнийского технологического института в сотрудничестве со Стейнхардтом, Бинди и другими задался целью воссоздать удар, испытанный древним метеоритом. Они загрузили минералы, найденные в скале, в камеру, а затем, используя четырехметровую метательную пушку, выстрелили снарядом в стопку ингредиентов.

В мешанине материалов, образовавшихся в результате удара, ученые обнаружили островки квазикристаллов нового типа, которые никогда не создавались в лаборатории. (Пятиугольная симметрия одной из этих микроскопических областей видна на изображении дифракции обратного рассеяния электронов вверху.)

Выводы, о которых сообщается в текущем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences, указывают на то, что квазикристаллы в российском метеорите действительно образовались во время ударного события. Но ученые были крайне удивлены тем, как легко удар индуцировал образование квазикристаллов. Их эксперимент не имел ничего общего с жестко контролируемыми условиями низкого давления, при которых квазикристаллы производятся в лаборатории.

«Это говорит о том, что при этих высоких давлениях образование квазикристаллов настолько энергетически благоприятно, что они формируются, даже если это не было задумано», — сказал Стейнхардт. «Что это говорит нам о квазикристаллах, так это то, что они не такие хрупкие, как многие предполагали — даже в условиях удара и на воздухе и без специально подготовленных исходных материалов они могут образовываться. Кроме того, поскольку мы производим то, что является новым квазикристаллом с помощью этого подхода, это предполагает, что другие новые квазикристаллы могут быть сформированы с помощью подобных экспериментов».

Мы до сих пор не знаем, почему шок является таким великим квазикристаллическим катализатором, или как некоторые элементы вообще объединились внутри российского метеорита. Но этим занимаются ученые.

источник: