Kvázikristályok es Kémia Nobel-díj

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Kvázikristályok es Kémia Nobel-díj"

Mária Boros
4 évvel ezelőtt
Látták:

1 Kvázikristályok 2011-es Kémia Nobel-díj

látott az elektronmikroszkópja alatt található Al-Mn ötvözetben. Pol E.

2 A felfedezés április 8-án reggel, a washingtoni Nemzeti Szabványügyi Irodában Daniel Schechtman furcsa dolgot látott az elektronmikroszkópja alatt található Al-Mn ötvözetben. Pol E. Duwez és a Caltech álltal kifejlesztett módszert alkalmazták. A módszer abból állt, hogy egy olvadt fémötvözetet nagy sebességgel hűtöttek le, ezáltal az ötvözetet alkotó fémeknek nem volt idejük szétválni.

3 Ez az ötvözet, ellent mond a kristálykémia egyik alaptételének amely szerint nincs olyan kristályrács, amelynek elemi cellái ötforgású szimmetriát mutatnának, mivel ötös szimmetriát mutató testek egymás mellé helyezésével nem lehet a teret hézagmentesen kitölteni. Szabályos öt-, hét-, nyolc-, tíz- stb. -szögekkel a sík maradék nélkül nem tölthető ki, és ez a térre is kiterjeszthető, emiatt nem egy féle elemi cellából épülnek fel, az ilyen számú fogási szimmetriát mutató kvázikristályokat.

Schechtmant kinevették amikor kitartott eredményei mellett, amit

kristályos szilárdanyagok léteznek, és nem fogadták el, hogy lehet

A későbbiekben azonban matematikusok több lehetséges elméletet

4 Schechtmant kinevették amikor kitartott eredményei mellett, amit tudós társai lehetetlennek tartottak felkérték, hogy távozzon a Szabvány Iroda kutatócsoportjából. Kollégái eleinte kitartottak amellett, hogy csak periodikus kristályos szilárdanyagok léteznek, és nem fogadták el, hogy lehet az előbbi, és az amorf anyagok mellett egy újabb csoport. A későbbiekben azonban matematikusok több lehetséges elméletet kidolgoztak, és korábbiakat fejlesztettek tovább a jelenség magyarázatára (Alan I. Mackay, Peter Kramer és Reinhard Neri: Penrosecsempézés térbeli megoldása) Sőt, még a természet is igazolta Schechtmant, egy orosz folyóban találtak a természetben kialakult kvázikristályokat.

5 A félreértés oka D.Gracias Schechtman kutató csapatának tagja, talált egy a '30-as években megszületett matematikai tétel, amely a fizika nyelvére lefordítva: "Annak szükséges és elégséges feltétele, hogy egy kristályrács diffrakciós felvétele diszkrét pontokból álljon, hogy a szerkezet majdnem vagy egészen periodikus legyen." Eddig szigorúan periodikus rendszerek viszonylatában gondolkodtak félreértést egy rosszul értelmezett elv okozta Ahhoz, hogy a diszkrét pontok jelenjenek meg a felvételen a szerkezet periodicitása elegendő, de nem feltétlenül szükséges. Abban azonban igazuk volt, hogy az ilyen anyagokban, az ikozaéderesség, vagy a kristályrácsokban nem megengedett, más forgási szimmetriák csomókban helyezkednek el az amorf anyagban csomókból kifelé egyre tágul a távolság a látszólagos periodikusságot mutató részecskék között.

6 Akkor hogy is néz ki a szerkezete? Eleinte két féle modell létezett arra, hogyan és milyen szabályok szerinte rendeződhetnek a részecskék a kvázikristályokban. Penrose-modell: Jól előrejelzi a diffrakciós képek kinézetét. Azonban nem ad magyarázatot bizonyos rendezetlenséggel kapcsolatos tulajdonságra, és megjelenésre. Üveg-modell: Nem feltételez életszerűtlen illesztése szabályokat. Jobban magyarázza a kvázikristályos növekedést is, és a rendezetlenséget is.

szerkezetben. Szembetűnő előnye, hogy csak helyi növekedési szabályok kellenek hozzá.

Egy 1989-ben végzett kísérletsorozat azonban lényegében kettőre korlátozta a lehetséges modellek számát: a Penrose- és a véletlenszerű csempézési

7 A kompromisszumos megoldás? Véletlenszerű csempézés modellje: E szerint mindaddig nem kell betartani a Penrose-modell szigorú illesztési szabályait, amíg nincsenek rések a szerkezetben. Szembetűnő előnye, hogy csak helyi növekedési szabályok kellenek hozzá. Azonban ez is éles csúcsokat jósol, mint a Penrose-modell, holott a difrakciós képeken inkább tompa csúcsok láthatóak. Egy 1989-ben végzett kísérletsorozat azonban lényegében kettőre korlátozta a lehetséges modellek számát: a Penrose- és a véletlenszerű csempézési modellre. A kísérletben egy új fajta ötvözetben hűtéssel és hevítéssel alakítani tudják azokat a tulajdonságokat (csúcskiszélesedés), amikre az Üveg-modell ad megoldást. Vajon a kvázikristályok rendezettségét a Penrose-modell illesztési szabályai avagy a helyi atomcsoportok korlátozott beépülési rendezetlenséget is megengedő szabad pozícióharca határozza meg? Ez továbbra is kérdés.

8 Gyakorlati felhasználás Képlékenységük, jó korrózióállóságuk védőfelületek Csekély reakciókészségük sebészeti műszerek, protézisek gyártása Fe-Mo-B összetételű üvegfémek vasbeton szilárdságának fokozása ellenáll a radioaktív sugárzásnak atomreaktorok szerkezeti elemeiként lehet alkalmazni Mágneses tulajdonságok nagyteljesítményű kapcsoló (elhanyagolhatóak a hamar kopó ill. korrodáló érintkező felületek) A Ni-P-Br összetételű üvegfém elektromágneses árnyékoló Üvegfém transzformátormagok csökkenthetik az újramágnesezés során az örvényáramok okozta és hiszterézis veszteségeket jelentős anyagiakat szabadíthatnak fel elektromos áram fogyasztói árának csökkenése

Hasonló dokumentumok

Vázlatos tartalom. Szerkezet jellemzése és vizsgálata Szilárdtestek elektronszerkezete Rácsdinamika Transzportjelenségek Mágneses tulajdonságok

Vázlatos tartalom. Szerkezet jellemzése és vizsgálata Szilárdtestek elektronszerkezete Rácsdinamika Transzportjelenségek Mágneses tulajdonságok Szilárdtestfizika Kondenzált Anyagok Fizikája Vázlatos tartalom Szerkezet jellemzése és vizsgálata Szilárdtestek elektronszerkezete Rácsdinamika Transzportjelenségek Mágneses tulajdonságok 2 Szerkezet