丹·谢赫特曼 (Dan Shechtman) 获得了罕见的荣誉拥有诺贝尔奖为了‘废话’。
自从他开始让化学界相信一项被认为不可能的发现——一种叫做准晶体的材料以来,已经过去了近四十年。 现在,我们刚刚第一次观察到这些曾经“不可能”的材料的全新品种,一种基于单一单元的材料。
布朗大学的化学家描述了基于奇形量子点的自构建晶格结构的成功创建。
“单组分准晶格已经通过数学和计算机模拟进行了预测,但在此之前尚未得到证实,”化学家兼资深作家欧陈说。
“这是一种全新类型的准晶体,我们已经能够找出制造它的规则,这将有助于继续研究准晶体结构。”
谢赫特曼于 2011 年荣获诺贝尔化学奖,表彰他在展示粒子如何形成不遵循通常规则的非重复模式方面所做的工作。
晶体是基于其组成单元可能的旋转或对称性的重复结构。 拿一块水晶并将其移动一定距离,它就会与另一块水晶完美匹配。
准晶体扭转了这一趋势。 像晶体一样,它们的组件也锁在一起以填充空间。 与晶体不同,它们的对称性意味着它们的排列不会重复。
从数学上来说很容易创造这样的安排,并且已经被证明是可能的大约半个世纪。
受限于大自然提供的各种构建模块,这些非周期性结构长期以来被认为是不可能的。
丹·谢赫特曼并不相信,观察奇怪的衍射图案在快速淬火铝合金中。 这些是不可能的“准晶体”的最初迹象。
谢赫特曼花了一段时间才让社区相信他正在做一些大事。根据著名化学家的说法 莱纳斯·鲍林,“丹尼谢赫特曼在胡说八道;没有准晶体,只有准科学家。”
哎哟。
如今,这种晶体但不是晶体的家族不仅被视为事实,而且被视为一种潜在的非常有用的材料类型。
大多数应用是作为各种仪器的不粘或防腐涂层,但最近的进展可以看到准晶体的形成,可以操纵光来创造先进的伪装形式。
这些通常是由多种类型的单元制成的复杂金属合金。 但这一新发现表明,用一块形状奇特的拼图来建造它们实际上是可能的。
讽刺的是,研究小组并没有着手构建这种材料。 他们最初的目标是简单地用纳米级组件构建宏观尺寸的结构。
几年前,陈开发了一种金字塔形的量子点——一种纳米大小的四面体粒子——它可以比通常的球形物体更紧密地堆积在一起。
这些非常规形状的点还具有与其他面不同的粘合特性的一个面,这改变了颗粒在不同方向上的行为方式。
这不仅产生了极其复杂的上层结构,还创造了一种符合准晶格的模式。
“当我意识到我看到的图案是准晶体时,我给欧发了一封电子邮件说‘我想我发现了一些超级棒的东西’”该研究的主要作者 Yasutaka Nagaoka 说道。
使用电子显微镜的扫描显示,颗粒形成十边形图案,这些图案组合成晶体中不存在的对称性。
诀窍在于粒子能够形成十边形以外的形状,从而填充间隙以创建不重复的图案。
“这些十边形在这个有限的空间里,他们必须和平地共享,”陈说。
“因此,他们通过在需要时使边缘变得灵活来做到这一点。”
这一发现为构建准晶体增加了新规则,不仅适用于希望制造新一代奇特材料的化学家,也适用于任何寻求创造新模式的人,从设计师到数学家。
世界可以使用更多此类“废话”。
这项研究发表于科学。