Преди повече от 30 години израелски учен на име Даниел Шехтман поглежда през електронния микроскоп и открива химична структура, която противоречи на всички закони за природата. Нарича я квазикристали.
Неговите колеги я отхвърлят на мига, а Шехтман е принуден да напусне изследователския екип, в който работи, тъй като упорито защитава находката си. Чак през 2011 г. упоритостта му е възнаградена – в резултат на това, че той дръзва да посегне отвъд границите на утвърдената наука, Шехтман най-накрая получава Нобелова награда за химия и доказва, че често не познанието, а въображението е ключът към големите открития.
Преди да стигнем до това какво всъщност са квазикристалите обаче, нека започнем с
„традиционните“ кристали.
За много от нас определението за кристал се свежда или до лъскавите бижута на витрините, или пък до онзи кичозен сервиз, който получихме/подарихме за сватбата. За учените, разбира се, това определение не е достатъчно. То е поразширено, понапудрено с няколко сложни думи и изрази и стига дотам, че в него попада дори и (все по-малко) познатият ни графит от моливите.
Причината е, че за химиците и физиците външният вид не е важен и те се интересуват от структурата, при това на атомно ниво. Преди откритието на Шехтман за кристал е минавала всяка подредена и периодична структура.
Ако „периодична структура“ ви звучи страшно, то
представете си следното. Имаме едно празно пространство –
да речем, че е склад. Разполагаме определен брой кашони, с които трябва да го запълним. Най-логичното, което можем да направим, е да ги подредим плътно един до друг. Това, което се получава, е периодична структура. Изводите са много прости – знаем, че на пет кашона разстояние в която и да е възможна посока от който и да е кашон ще намерим… пак кашон.
В кристалографията, разбира се, се смятат за достатъчно образовани, че да не местят кашони, но пък наричат основата на нашия пример „елементарна клетка“. Чрез повтаряне на елементарната клетка в трите възможни посоки можем да запълним целия кристал. Така, когато знаем положението на даден атом в елементарната клетка, няма как да се „изгубим“ в кристала. Лесно можем да намерим същия атом на същото място, на разстояние няколко елементарни клетки в която и да е посока. Всичко се повтаря. Именно това означава, че структурата е периодична.
При квазикристалите обаче това не е точно така.
Нека се върнем в склада с кашоните и да си представим, че те не са точно правоъгълни, а по-скоро ромбоидни. Това не е ненормално и за кристалите – в повечето случаи елементарната клетка не е с кубична форма.
Единият вариант да се справим с ромбоидните кашони е пак да ги наредим плътно един до друг, а след това ред по ред. Тогава отново ще получим периодична структура, каквато има и в кристалографията – така е изграден графитът.
Един британски математик на име Роджър Пенроуз обаче се зачудил дали няма и други начини, по които да се подредят ромбоидните форми – така, че да се получи непериодична структура. През 70-те години на миналия век той я измислил, вдъхновен от ислямските мозайки, и до ден днешен тя е позната като мозайка на Пенроуз. Тя не е периодична, но пък е подредена и доста симетрична.
Именно такава структура открива и Даниел Шехтман. През 80-те години той изследвал структурата на бързо охладени метални сплави от магнезий и алуминий. Те са от интерес за химията, тъй като, когато стопен метал се охлади и втвърди бързо, неговите атоми нямат време да се подредят и се получават материали с много интересни свойства. Те може да са по-здрави, по-леки, дори аморфни, като метални стъкла.
Структурата, която открил Шехтман, обаче не била аморфна – тя взаимодействала с рентгенови лъчи точно така, както всеки един подреден кристал би го направил. Поради това, че рентгеновите лъчи са с достатъчно малка дължина на вълната, за да се „промушат“ между атомите в кристалите, те често се използват за изследване на структурата им.
