Kvasikrystal fundet i 'fossiliseret lyn'

Kvasikrystal fundet i 'fossiliseret lyn'

Tidsstempel: 24. januar 2023 kl. 10

Fulgurit tværsnit
Bolt fra det blå: Tværsnit af en fulguritprøve fundet i Nebraska, der viser smeltet ledermetal fra en skudt strømledning omgivet af smeltet sand. (Med høflighed: Luca Bindi et al)

En kvasikrystal, der sandsynligvis blev dannet af en stærk elektrisk udladning gennem en klit, er blevet fundet af forskere baseret i USA og Italien. Holdet, ledet af Paul Steinhardt ved Princeton University, håber, at deres opdagelse kan føre til udvikling af nye teknikker til at skabe kunstige kvasikrystaller og hjælpe videnskabsmænd med at finde andre naturligt forekommende prøver.

Kvasikrystaller er faste materialer med atomare strukturer, der har lang rækkefølge, men mangler den translationelle symmetri, der findes i almindelige krystaller. I stedet udviser de rotationssymmetri alene, og dette mærkelige arrangement giver kvasikrystaller en række eksotiske mekaniske, elektriske og optiske egenskaber. Engang troede det var umuligt, kvasikrystaller blev først identificeret i 1982 og siden da er der udviklet adskillige forskellige teknikker til at syntetisere disse materialer – herunder dampaflejring og langsom quenching af flydende tilstande.

I naturen er de betingelser, der kræves for at generere kvasikrystaller, usædvanligt sjældne, og den første naturligt forekommende prøve blev identificeret af Steinhardt og kolleger i 2009. Hvad der fulgte var en ekspedition til Sibirien ledet af Steinhardt, der søgte kilden til den prøve og bekræftede, at den var en del af en meteorit.

"Fossiliseret lyn"

Da det først blev fastslået, at kvasikrystaller eksisterer i naturen, var kapløbet om at finde nye eksempler. Nu har Steinhardt og kolleger opdaget en ny type kvasikrystal i en prøve af fulgurit. Kaldt "fossiliseret lyn", fulguritter er rør af sammensmeltet materiale, der dannes, når en stor elektrisk strøm bevæger sig gennem sand. Deres prøve kommer fra Sand Hills i det nordlige centrale Nebraska og blev opdaget tæt på en nedskudt kraftledning, som bidrog med spor af metal til prøven.

Med den kemiske sammensætning Mn72.3Si15.6Cr9.7Al1.8Ni0.6, var kvasikrystallet i et millimeter stort korn fanget inde i fulguritten. Der eksisterede kvasikrystallen sammen med et mere konventionelt kubisk gitter. Kvasikrystallen har lige store atomlag, hver med en 12-fold rotationssymmetri - noget, der er umuligt i almindelige krystaller med translationssymmetri.

Ved at studere prøven kunne Steinhardt og kolleger sammensætte spor om dens dannelse. De mener, at kvasikrystallen sandsynligvis er dannet under en stærk elektrisk udladning gennem sand. Dette kunne have været resultatet af den nedskudte elledning, et lynnedslag eller en kombination af begge. Uanset kilden ville udledningen have genereret ekstreme temperaturer på over 1710 °C. Dette, siger de, ville have skabt betingelser, der er nødvendige for, at en kvasikrystal kan dannes i området mellem spor af aluminiumslegering fra elledningen og det smeltede silikatglas fra sandet.

Steinhardts team håber, at dets opdagelse kan føre til nye teknikker til kvasikrystalsyntese gennem kontrollerede elektriske udladninger i laboratoriet. Dette kan gøre det muligt for forskere at konstruere eksotiske nye egenskaber og kan endda hjælpe dem med bedre at identificere steder, hvor naturlige kvasikrystaller kan findes, både på jorden og i rummet.

Forskningen er beskrevet i Proceedings of National Academy of Sciences.

  • Paul Steinhardt beskriver sin rejse til Sibirien på jagt efter kvasikrystaller i sin bog Den anden form for umuligt: ​​den ekstraordinære søgen efter en ny form for stof, som har været gennemgået i Fysik verden.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden