Physiker fanden einen sehr seltenen Quasikristall in einem Stück eines Meteoriten, das in Russland gefallen war. Der Fund ist so selten, dass dies erst das dritte Mal ist, dass Wissenschaftler in der Natur auf solches Material stoßen. Die Einzigartigkeit solcher Kristalle beruht jedoch nicht nur auf ihrer Seltenheit. Tatsache ist, dass sie eine so eigenartige symmetrische Struktur haben, dass die Wissenschaft ihre Existenz jahrzehntelang für "unmöglich" hielt.
Der neue Quasikristall wurde von einem Team von Geologen unter der Leitung von Luca Bindi von der Universität Florenz (Italien) entdeckt. Wissenschaftler untersuchten vor fünf Jahren ein Stück eines Meteoriten, das im russischen Dorf Khatyrka in der Region Anadyr des autonomen russischen Okrugs Tschukotka gefallen war, und fanden darin einen nur wenige Mikrometer großen Quasikristall.
Es sollte beachtet werden, dass dies bereits der dritte Quasikristall ist, der im selben Meteoriten entdeckt wurde, was darauf hindeuten könnte, dass es möglicherweise noch seltsamere Strukturen gibt.
„Die gute Nachricht ist, dass wir bereits drei verschiedene Arten von Quasikristallen im selben Meteoriten gefunden haben. Letzteres hat eine einzigartige chemische Struktur, die in Quasikristallen noch nie zuvor gesehen wurde “, sagt Paul Steinhardt von der Princeton University, einer der an der Studie beteiligten Wissenschaftler.
"Dies führt zu der Annahme, dass andere Arten von Quasikristallen wie in der Natur in einem Meteoriten versteckt sein könnten."
Die Quasikristalle selbst haben eine einzigartige Struktur, die durch eine durch die klassische Kristallographie verbotene Symmetrie und das Vorhandensein einer Fernordnung gekennzeichnet ist. Mit anderen Worten, die Symmetrie von Quasikristallen ist auf allen Skalen bis hin zu atomaren vorhanden, wodurch eine neue strukturelle Organisation der Materie demonstriert wird.
Gewöhnliche Kristalle, die in denselben Schneeflocken, Diamanten und Tafelsalz vorkommen, bestehen aus Atomen, die eine nahezu perfekte Symmetrie bilden. Polykristalle, die in den meisten Metallen, Gesteinen, Eis und amorphen Feststoffen wie Glas, Wachs und den meisten Kunststoffen vorkommen, sind eher chaotisch und ungeordnet.
Das Vorhandensein einer anderen Art von Atomstruktur in der Natur - eine seltsame, halbgeordnete Form von Materie, in der die gezeigte Atomstruktur punktsymmetrisch ist - wurde 1982 vom israelischen Physiker Dan Shechtman bewiesen.
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Als Shechtman einen Quasikristall in einer Probe einer Aluminiumlegierung entdeckte, die er im Labor hergestellt hatte, traute der Wissenschaftler seinen Augen zunächst nicht und sagte sich: "Das kann nicht sein." Der Wissenschaftler machte seine Entdeckung im Jahr 1982. In den nächsten Jahrzehnten versuchte er zweimal, die Ergebnisse seiner Arbeit in wissenschaftlichen Fachzeitschriften zu veröffentlichen, was ihm jedoch verweigert wurde. Die Kollegen lachten den Wissenschaftler buchstäblich aus und glaubten seiner Entdeckung nicht. Letztendlich wurde Shekhtmans Artikel in einer sehr abgekürzten Form veröffentlicht und gemeinsam mit anderen prominenten Wissenschaftlern verfasst. Der Grund für das Misstrauen war natürlich, dass Quasikristalle über 200 Jahre lang als etwas extrem Unglaubliches angesehen wurden. Ihre vermeintlich einzigartige Symmetrie wurde über die traditionellen Regeln der Kristallographie hinaus betrachtet. Dennoch gewann Shechtman für seine Arbeit 2011 den Nobelpreis für Chemie.
Es ist interessant festzustellen, dass sich Physiker lange vor ihrer offiziellen Entdeckung mit Quasikristallen getroffen haben. Wissenschaftler haben sie fälschlicherweise als kubische Kristalle mit einer großen Gitterkonstante (der Größe einer Kristalleinheitszelle) identifiziert. Die Einheitszelle kann in der Regel durch verschiedene Formen dargestellt werden, z. B. rechteckig, kubisch, dreieckig oder hexagonal. Quasikristalle haben jedoch eine Struktur aperiodischer Ordnung - sie haben fünf symmetrische Seiten, die Pentagone bilden, die wiederum eine ikosaedrische Symmetrie erzeugen.
Patricia Thiel, Senior Researcher am Ames Laboratory des US-Energieministeriums, gibt das folgende Beispiel:
„Nehmen wir an, Sie möchten Ihren Boden mit Mosaikfliesen bedecken. Die Fliese hat perfekte gerade Linien. Es kann rechteckig, dreieckig, quadratisch oder sechseckig sein. Alle diese Formen können zusammen addiert werden. Andere einfache Formen können nicht gefaltet werden, da Lücken und Zwischenräume verbleiben. Quasikristalle sind wie fünfeckige Fliesen. Sie können sich nicht wie Dreiecke und Quadrate verbinden. In einer solchen Struktur sind die Lücken jedoch mit Atomen anderer Substanzen gefüllt, was beispielsweise zu folgenden Formen führt:
Und hier ist ein Bild der Struktur eines neu entdeckten Quasikristalls mit Symmetrie fünfter Ordnung:
Trotz der Tatsache, dass Quasikristalle in der Natur (zumindest auf der Erde) sehr selten sind, sind sie im Labor sehr einfach herzustellen. Derzeit werden synthetische Quasikristalle in fast allen Bereichen eingesetzt, von der Herstellung von Pfannen bis zur Herstellung von LED-Lampen.
Als Wissenschaftler die Zusammensetzung des neuen Quasikristalls untersuchten, bestätigten sie, dass er aus einer Kombination von Atomen aus Aluminium, Kupfer und Eisen besteht, die in fünfeckigen Formen kombiniert sind, wie sie beispielsweise bei Fußbällen zu finden sind. In der Natur wurde erstmals eine solche Zusammensetzung von Quasikristallen entdeckt. Der Fund erlaubt jedoch n
NIKOLAY KHIZHNYAK
