Квазикристаллы: новые открытия и неожиданные результаты

В мире науки всегда присутствует стремление к поиску новых материалов и структур, которые могут изменить наше представление о физическом мире. Одним из таких открытий стали квазикристаллы - материалы, которые сочетают в себе порядок и хаос. Их структура долгое время вызывала споры ученых, но недавно физики из Университета Париж-Сакле во Франции смогли наблюдать квазикристаллы, возникающие спонтанно в зернистом материале в миллиметровом масштабе.

Кристаллы всегда ассоциировались с элегантностью и совершенством. Их периодическая структура идеально упорядочена, что делает их привлекательными для ученых и инженеров. Однако квазикристаллы, нарушающие правила симметрии, долгое время считались невозможными. Все изменилось в начале 1980-х годов, когда был обнаружен псевдокристалл - материал, который имел упорядоченную структуру, но не обладал бесконечными периодическими узорами кристалла.

С тех пор квазикристаллы стали появляться в самых разных местах - от лабораторий и полей до небес. Они формируются спонтанно из частиц различных размеров, включая объекты, которые легко переставлять с помощью покачивания. Это вызывает интересные вопросы о пределах размера частиц и условиях, при которых материалы могут самособираться в квазикристаллическую структуру.

Для изучения этих вопросов физики из Университета Париж-Сакле использовали компьютерное моделирование. Они определили взаимосвязь размеров сфер и соотношения между мелкими и крупными частицами, чтобы создать смесь, способную образовать квазикристаллическую симметрию. Затем они провели эксперимент, используя тысячи металлических сфер разных размеров в неглубоком контейнере.

Эксперимент состоял в том, чтобы установить контейнер на вибрацию и наблюдать за расположением частиц. После недели исследований ученые получили представление о формировании локализованных конфигураций маленьких и больших шариков, а также о повторяемости этих конфигураций.

Однако самое удивительное заключается в том, что квазикристаллы образуются как в малых системах атомного масштаба, так и в более гранулированных системах миллиметрового масштаба. Это неожиданный результат, который не был предсказан исследователями. Физик-теоретик Джузеппе Фоффи, главный автор исследования, признал, что эксперимент начинался как своего рода пари, и результаты оказались гораздо более интересными, чем он ожидал.

Это открытие имеет большое значение для науки и технологий. Квазикристаллы могут быть использованы в различных областях, от электроники до материаловедения. Их необычные свойства могут привести к созданию новых материалов с уникальными характеристиками.

Несмотря на значительные достижения в изучении квазикристаллов, они по-прежнему остаются загадкой для ученых. Еще многое предстоит узнать о механизмах их формирования и свойствах. Однако каждое новое открытие приближает нас к пониманию этой загадочной структуры и открывает новые возможности для применения квазикристаллов в науке и технологиях.