Forskere vidner om naturens kompleksitet, der udspiller sig i selvsamlende kvasikrystaller

(PhysOrg.com) - For bare et par årtier siden, forskere mente, at alt ordnet stof består af selv-gentagende byggesten-atomer, ioner eller molekyler. I denne opfattelse, hverdagens almindelige faste stoffer er arrangeret i gentagelseskrystaller, tredimensionelle mønstre.

Forskere udfordrede denne en gang troede universelle naturlov, da de opdagede et "umuligt" materiale, hvis eksistens ikke kunne forklares ved periodisk arrangement af atomer. Disse materialer, senere navngivet kvasikrystaller, følge anderledes, matematisk strenge, men ikke gentagende mønstre.

Siden da, kvasikrystaller er blevet opdaget i cirka 100 syntetiske intermetalliske forbindelser og, i 2009, i en geologisk prøve. Men spørgsmålene var tilbage. Hvordan og hvorfor dannes de, er de stabile, og hvad er deres præcise atomstruktur?

Nu har University of Chicagos Dmitri Talapin og hans kolleger skabt kvasikrystaller ud af selvsamlende nanopartikler for første gang. Selvmonteringsteknikker udnytter naturens egne tendenser til at udvikle nye materialer. Teknikkerne lover også at afsløre nye detaljer om kvasikrystals atomstruktur på en måde, der undgår selv de mest kraftfulde mikroskopiteknikker.

“Her har vi naturen, der arbejder for os og skaber al denne fantastiske kompleksitet, Sagde Talapin, adjunkt i kemi ved University of Chicago. Han og kolleger ved Argonne National Laboratory og University of Pennsylvania rapporterer deres resultater i en nylig udgave af tidsskriftet Natur .

UChicago-Argonne-Penn-teamet syntetiserede sfæriske nanopartikler af flere forskellige materialer og lokkede dem til selvsamling til kvasikrystaller. "Vi fandt ud af de grundlæggende regler for, hvad der styrer selvsamling af kvasikrystaller, ”Sagde Talapin. “Naturen tvinger disse tilfældige sfærer til at pakke sammen til virkelig komplekse, tredimensionelle mønstre. ”

Fordi kvasikrystaller er sjældne, forskere har endnu ikke fuldt ud undersøgt deres egenskaber. Imidlertid, eksisterende eksperimentelle og teoretiske undersøgelser peger på mulighederne for at opnå hidtil uset mekanisk, optiske og elektroniske egenskaber.

Denne udforskning ville i høj grad have fordel af en bedre forståelse af grundlæggende regler for dannelsen af ​​kvasikrystaller, sagde Talapin. Deres undersøgelse fortsætter med at give forskere en ny påskønnelse af kompleksiteten og skønheden i faste stoffer, som danner grundlaget for moderne liv og teknologi.

“Krystaller er nøglematerialerne til en enorm liste over applikationer. Vi stoler på krystaller i vores computere, i vores ure, i biler, på gader, overalt. Hvilke nye muligheder kan kvasikrystaller bringe os? ”

Mere information: "Kvasikrystallinsk rækkefølge i selvsamlede binære nanopartikelsuperlatte, ”Af Dmitri V. Talapin, Elena V. Shevchenko, Maryna I. Bodnarchuk, Xingchen Ye, Jun Chen, og Christopher B. Murray, Natur , 15. oktober kl. 2009.

Leveret af University of Chicago (nyheder:web)