準晶體

2011年10月5日，2011年諾貝爾化學獎授予以色列材料科學家達尼埃爾·謝赫特曼，以表彰他發現了準晶體及其在晶體學研究中的突破，這一發現從根本上改變了化學家們看待固體物質的方式，揭示了原子和分子的新的達尼埃爾，謝赫特曼封裝原則。

謝赫特曼于1982年4月8日首次在電子顯微鏡中觀察到一種“反常理”的現象：當時所觀察鋁錳合金的原子采用一種不重復、非周期性但對稱有序的方式排列，而當時的理論認為晶體中的原子結構形態呈對稱模式分布必須自我周期性重復，具有此種原子排列方式的固體物質是不存在的。因此，謝赫特曼的發現引起極大的爭議，并受到了科學界的奚落。因謝赫特曼執意堅持自己的發現與觀點，曾被迫離開他的研究小組，直到兩年之后才贏得了稱譽。這一發現促使科學家開始重新思考對物質結構的認知。

準晶體可謂固體物質世界的“另類系”，顛覆了人類物質觀。準晶體介于晶體和非晶體之間，是一種具備晶格周期性，卻又顯現長程有序性的固體材料。科學界對準晶體的理解和描述需要借助數學方法，同時從中世紀阿拉伯風格的馬賽克鑲嵌藝術中吸取靈感，準晶體中的原子呈現出令人難以置信的對稱美，各個原子問的距離比例遵循幾何學中的黃金分割原則，原子在準晶體內的堆積形態有規則，但它們從不重復自己。這種新的結構因為缺少空間周期性而不是晶體，但又不像非晶體，準晶體展現了完美的長程有序，即在某個方向上往往以無理數序列方式表達，而序列像無理數一樣無限不循環。

準晶體的發現對傳統晶體學產生了強烈的沖擊，為物質微觀結構的研究增添了新的內容，為新材料的發展開拓了新的領域。隨后科學家創造了其他種類的準晶體，并在俄羅斯一條河流內的礦物樣品中發現了自然生成的準晶體。瑞典一家企業在一種鋼制材料中中發現了準晶體，這種準晶體如同盔甲一般堅硬，能增加材料的強度，可用于制作剃須刀片和眼科手術用的手術針。由于準晶體原子排列不具周期性，因此準晶體材料硬度很高，同時具有一定彈性，不易損傷，使用壽命長，但導電、導熱性很差，其應用目前仍有較大發展空間，相關研究成果已被應用到材料學、生物學等多種領域。科學家目前正在試驗將準晶體應用于不粘鍋涂層、發光二極管和柴油發動機絕熱材料等產品中。

責任編輯 侯秀姣