Ученые-физики и химики из университета Брауна впервые создали самособирающуются квазикристаллическую решетку, состоящую из квантовых точек строго определенной формы. Подобные квазикристаллические решетки уже не раз были описаны математически и рассчитаны в ходе сложного компьютерного моделирования, но никому ранее не удавалось продемонстрировать их создание, как говорится, вживую.
Напомним нашим читателям, что кристаллы – это структуры, состоящие из однородных компонентов и обладающих симметрией по одной или более пространственным координатам. Другими словами, если взять какой-либо участок кристалла и сместить его на определенное расстояние по оси симметрии, то структура смещенного участка полностью совпадет со структурой “несмещенного” участка. Квазикристаллы не обладают подобной симметрией, их компоненты располагаются в пространстве упорядоченным образом, но структура квазикристалла, при этом, не повторяется.
Математическое описание квазикристаллов создается достаточно легко, но, как считалось ранее, создание в реальности апериодических кристаллических структур является невозможным. Некоторое время назад ученые уже наблюдали признаки существования квазикристаллов в алюминиевых сплавах, прошедших через сложный процесс из синтеза и термообработки и этот факт стал первым подтверждением возможности их существования. В настоящее время факт существования квазикристаллов считается уже доказанным, и они считаются новым потенциально полезным типом материалов.
Так вернемся же к материалу, созданному в университете Брауна. Интересно то, что ученые изначально даже и не думали о квазикристаллах, их задачей являлся поиск новых методов строительства макроструктур из наноразмерных компонентов. В качестве одного из видов компонентов выступала квантовая точка пирамидальной формы, четырехгранная частица, размером около одного нанометра. Предварительные расчеты показали, что такая форма позволит “упаковать” в определенном объеме пространства большее количество таких частиц, чем частиц традиционной сферической формы.
У четырехгранных частиц была замечена еще одна особенность, они вели себя и взаимодействовали с соседними частицами по-разному, в зависимости от их текущей пространственной ориентации. И в результате этого через некоторое время все частицы самопроизвольно упорядочились, создав сложную структуру, которая известна как квазипрозрачная сверхрешетка.
Исследования этой структуры при помощи электронного микроскопа показали, что частицы формируют десятиугольные образы, объединенные симметрией такого вида, который никогда не встречается в традиционных кристаллах. Единственным исключением являются границы материала, где, для оптимального заполнения пространства, частицы объединяются в образы с меньшим количеством углов.
И в заключение следует отметить, что данное открытие добавило несколько новых правил к списку известных правил формирования квазикристаллических материалов. А эти материалы, в свою очередь, могут стать основой новых антикоррозийных покрытий, покрытий, обеспечивающих механическую прочность и износоустойчивость, новых видов “умного” камуфляжа и многого другого.