В России найден первый природный квазикристалл

Квазикристаллы (quasicrystal) отчасти похожи на аморфные вещества, отчасти на кристаллы. Их существование предсказали в 1970-1980-х, в 1984 году впервые получили их в лаборатории, и вот наконец квазикристалл найден в природе.

Этот образец природного, почти идеального кристалла был найден в Корякском нагорье среди залежей минералов хатыркита и купалита (фото Science/AAAS).

Необычный материал был обнаружен в России учёными из Принстона (Princeton University).

Квазикристаллы считаются чуть ли не ещё одной формой организации материи, а называются они так из-за того, что их решётка имеет не только периодическое строение, но и обладает осями симметрии разных порядков, существование которых в трёхмерной решётке противоречит канонам классической кристаллографии.

Строение решётки квазикристалла чем-то похоже на апериодическую мозаику Пенроуза (Penrose tiling).

Долгое время считалось, что столь сложную структуру искусственно создать невозможно. Но 25 лет назад это всё же удалось сделать. Сейчас существует около сотни разновидностей квазикристталов, размеры которых варьируется от нескольких микрометров до сантиметров.

"Мы не были уверены, что квазикристаллы могут образовываться в природе. Когда мы пытаемся создать их в лаборатории, мы стремимся сделать их идеальными, но природе это не нужно", — говорит Пол Штайнардт (Paul Steinhardt), один из авторов открытия и посвящённой ему статьи, вышедшей в журнале Science.

"Невозможно идеальной" называют решётку кристалла учёные. Слева показан снимок одного из найденных зёрен, полученный с помощью трансмиссионного электронного микроскопа высокого разрешения (HRTEM). Справа: мозаика Пенроуза. Не правда ли похоже? (фото Science/AAAS)

Любопытно, но, кажется, люди давным-давно "нащупали" то сочетание химических элементов, которое использовала природа. Дело в том, что большинство синтетических квазикристаллов (теперь им необходима такая приставка) создаются из металлических сплавов. Наиболее распространённым сочетанием считается смесь железа, меди и алюминия. Тот же самый состав был и у найденных природных квазикристаллов.

Обнаруженные образцы были очень маленького размера: всего порядка двухсот микрометров в диаметре. Тем не менее они практически идентичны синтетическим квазикристаллам.

"То, что квазикристаллы встречаются в природе, – само по себе очень интересное наблюдение", — говорит профессор Том Любенски (Tom Lubensky) из университета Пенсильвании, не принимавший участия в этом исследовании.

Неизвестно, как они попали в горную породу (этот вопрос учёным ещё только предстоит решить). Скорее всего, к их образованию привёл какой-то особенный геологический процесс. Если физикам удастся выяснить, какой именно, то это, возможно, упростит процесс создания синтетических квазикристаллов.

Их востребованность определяется свойствами: чаще всего квазикристаллы твёрже обычных кристаллов, у них встречаются необычные оптические особенности и низкое поверхностное трение.

"У нас пока нет никаких догадок о том, как квазикристалл мог бы образоваться в природе. Даже в лаборатории мы пока не используем какие-либо точно установленные закономерности, отчасти мы до сих пор полагаемся на интуицию", — подытоживает Штайнардт.