Новый тип квазикристалла с 12-кратной симметрией был обнаружен в очень неожиданном месте, что заставило геологов и математиков задаться вопросом, где еще подобные структуры могли быть упущены из виду.
Квазикристаллы (или квазипериодические кристаллы) представляют собой структуры атомов, лишенные трансляционной симметрии, но симметричные в других отношениях, выходящих за рамки вращательной симметрии настоящих кристаллов. Впервые синтезированный в 1984 году и обнаруженный естественным путем в 2009 году, мы, возможно, только прикасаемся к поверхности процессов, которые могут образовывать квазикристаллы.
Пока безымянный квазикристалл был найден внутри образца фульгурита, образовавшегося из песка и металла обрушившейся линии электропередачи, нагретого как минимум до 1710°C. О химическом составе и структуре кристалла сообщается в новой статье, однако авторы не знают, была ли энергия, необходимая для его создания, получена от удара молнии или от электричества, которое когда-то передавалось по линии.
Настоящие кристаллы — это высокоупорядоченные структуры, которые проявляют как вращательную, так и трансляционную симметрию: вы получите абсолютно то же самое, если либо повернете их на определенное количество градусов, либо сдвинете все вбок на определенную величину. Это позволяет ячейкам, составляющим кристалл, идеально укладываться друг на друга, без зазоров; доказано, что возможны только 2-, 3-, 4- и 6-кратные симметрии.
Открытие апериодических мозаик доказало возможность заполнения двумерных пространств вращательной, но не трансляционной симметрией, поскольку эти формы никогда не повторяются идеально. Это привело к предсказанию и последующему созданию трехмерных форм с теми же характеристиками. Открытие икосаэрдрита доказало, что такие структуры могут образовываться естественным путем, и был обнаружен ряд удивительных симметрий.
Квазикристаллы с пяти-, восьми-, 10- и 12-кратной симметрией были созданы в лабораториях и обнаружены в углеродистых хондритовых метеоритах и на местах ядерных испытаний. Из квазикристаллов изготовляли сковороды с антипригарным покрытием и предлагали их для хирургических инструментов благодаря их исключительной твердости.
Ядерные бомбы и удары метеоритов являются символами экстремальных условий, оставляя открытым вопрос о том, могут ли квазикристаллы образовываться естественным путем в более спокойной среде. Удары молний не совсем спокойны, но все относительно, поэтому находка квазикристалла возле Хайанниса, штат Небраска, хотя бы немного расширяет список возможностей образования квазикристаллов.
Фульгурит, в котором был найден квазикристалл, имеет длину около 2 метров (7 футов), но не более 8 сантиметров (3,2 дюйма) в поперечнике. Он также содержит правильный кристалл, состоящий из тех же пяти элементов, что и квазикристалл — марганца, кремния, никеля, хрома и алюминия — в разных количествах.
Считается, что и марганец, и алюминий поступают из линий электропередачи, а остальные элементы присутствуют в местном песке.
12-кратная симметрия (известная как додекагональная) означает, что каждый поворот на 30 градусов приводит квазикристалл в одно и то же состояние. Это происходит для каждого из равноотстоящих друг от друга атомных слоев. Даже в лабораторных квазикристаллах декагональная (10-кратная) симметрия встречается чаще, чем додекагональный тип, наблюдаемый здесь. Помимо того, что именно эта форма квазикристалла является новой, открытие предполагает, что мощные электрические разряды могут стать новым инструментом для формирования квазикристаллов.
