Rahvusvaheline uurijate meeskond avastas kvaasikristallides esineva uut tüüpi struktuurilise anomaalia. Kvaasikristallil on mõned kristallisarnase materjali omadused, kuid see on keerulisema struktuuriga ainulaadne aine.
Avastuse teinud teadustöö meeskonda, kuhu kuuluvad ka teadlased Jean Lamouri Instituudist Prantsusmaal, juhtis USA Energia Osakonna Ames’i Laboratooriumi vanemkeemik Pat Thiel, kirjutab Physorg.com.
Teadlased USA Energia Osakonna Ames’i Laboratooriumist avastasid uut tüüpi kvaasikristallide defekti. Pildil on näidatud skaneeriva tunnelmikroskoobi kuvandid üleminekumetalli kvaasikristallide pinnast ja nano-aladest. Pilt: Ames’i Laboratoorium – USDOE
Kristallide puhul viitab „defekt“ igale kõrvalekaldele täiuslikust struktuurilisest sümmeetriast. Ehkki termin vihjab soovimatule omadusele, pole kõik defektid halvad. Mitmed neist kontrollivad või mõjutavad võtmetähtusega aine omadusi, näiteks keemilist puhtust, mehaanilist tugevust, elektrijuhtivust, värvust, korrusiivsust või pinna omadusi. Näiteks rubiinid on punased defekti tõttu, mis muudab muidu ebamäärase kristalli hinnaliseks vääriskiviks.
Kvaasikristallidel võib juba teadaolevalt esineda defekti tüüp, mida tähistatakse inglise keeles terminiga phason flip. See defekt seisneb aatomite teatavas lokaalses ümberpaiknemises ning võib moodustuda kristalli pinnale. Uut tüüpi defekt avastati aga siis, kui uurijad vaatlesid salapäraseid nano-suuruses alasid kvaasikristallide pinnal. Phason flip’ist erinevalt ulatub uut tüüpi defekt pinnapiirkonnast kaugemale – kvaasikristalli sisemusse.
„Kvaasikristallid on väga põnevad ained – nad paistavad alati näitavat ootamatuid omadusi. Isegi nende olemasolu on ootamatu,“ sõnas Thel.
Tõepoolest, Dan Shechtman vaatles alles 1982. aastal oma elektronmikroskoobi all midagi, mis näis võimatuna – täpselt defineerituid, kuid kordumatu paigutusega aatomeid. Sellega avastati kvaasikristallide olemasolu, kuid kulus pikka aega, kuni teaduslik ringkond nende olemasolu tunnistas. Shechtman võitis selle avastuse eest 2011. aastal Nobeli Keemia-auhinna.
Uut tüüpi defekti hiljutine avastus näitab, et kvaasikristallid on siiani täis üllatusi. Nanomõõtmetes defekt ei esine alati – see ilmub vaid kindlatel tingimustel, et aidata tasakaalustada esile kerkinud energeetilisi probleeme. Defekti moodustumine nendel erilistel tingimustel võimaldab esile tuua kõrgema energiaga üleminekumetalli-rikkaid pindu ootuspäraste madalama energiaga alumiiniumirikaste pindade asemel.
Kuna nanostruktuurid on paljutõotavad laia ulatusega rakenduste tarbeks, alates meditsiinilistest ja lõpetades elektrooniliste rakendustega, võib ainete pinna ja mahuaine defektide vahelise suhte mõistmine tuua paremat arusaama küsimusse, miks nanostruktuurid on tihti ebatavaliselt tugevad.
„On teada, et nanojuhtmete puhul on kvaasikristallide tugevus seotud tõsiasjaga, et nende pind on võimeline aine siseseid defekte „kustutama“,“ väitis Thiel. „Kuid väga ekstreemsetel tingimustel võivad isegi nanojuhtmed ebaõnnestuda ning seejuures tundub pinnal olevat oluline roll. Seega on pinna ja aine siseste defektide vaheline suhe väga oluline,“ sõnas ta.
Teadusartikkel: „Nanodomains due to Phason Defects at a Quasicrystal Surface“
Leave a Reply