Немецкие ученые обнаружили квазипериодические кристаллы или квазикристаллы в оксидных материалах. Открытие предполагает возможность существования намного большего количества квазикристаллов, несмотря на то, что к настоящему времени было обнаружено только несколько веществ такого типа.
Квазикристаллы являются структурами, которые имеют общий порядок, но не точную периодичность, характерную для обычных кристаллов. Простыми словами, если вы сделаете копию структуры кристалла на одном участке кристаллической решетки, а затем наложите ее на другой участок, обе эти структуры полностью совместятся. Однако для квазикристаллов такого не происходит.
С тех пор как Дэн Шехтман (Dan Shechtman), израильский ученый-материаловед, впервые открыл квазикристаллы в начале 80-х годов 20 века – достижение, которое позволило ему заслужить Нобелевскую премию по химии в 2011 году, ученые пытаются обнаружить больше образцов квазикристаллов. До настоящего времени большая часть квазикристаллов была обнаружена в специально изготовленных металлических сплавах, хотя в 2009 году природный минеральный образец квазикристаллического материала был обнаружен в России в Корякском нагорье.
Изображение структуры перовскита, полученное с помощью сканирующей туннельной микроскопии. Структура перовскита демонстрирует запрещенную симметрию 12 порядка. (Рисунок из Nature, 2013, 502, 215; DOI: 10.1038/nature12514)
Самый свежий пример квазикристаллов, обнаруженный физиком Вольфом Виддра (Wolf Widdra) и его коллегами из Университета Галле-Виттенберг в Германии, привлекает внимание к перовскитам, классу соединений, чьи атомы структурированы в нестандартную структуру, сочетающую кубическую и ромбическую сингонии.
Перовскиты широко изучаются с целью перспектив их применения в сверхпроводящих материалах, в магниторезистах и, в последнее время, в фотоэлементах. До недавнего времени полагалось, что перовскиты всегда имеют кристаллическую структуру, и Виддра отмечает, что прогнозы на тему возможности существования в перовскитах любого типа квазикристаллов ни разу не высказывались.
Виддра с коллегами нанесли тонкую пленку своего перовскита, титаната бария (BaTiO3), на поверхность платины. Затем исследователи использовали сканирующую туннельную микроскопию с целью исследования ближнего порядка, действительного пространства атомной структуры и дифракцию электронов для определения структуры более дальнего порядка. Ученые обнаружили, что на границе соприкосновения их оксида с платиновой поверхностью сформировался квазикристалл толщиной 0,4 нм.
Физик Ронан МакГрат (Ronan McGrath) из Ливерпульского университета в Великобритании говорит, что открытие этого монослойного квазикристаллического перовскита, выросшего на субстрате с периодическим строением, крайне неожиданно. МакГрат считает, что это открытие дополняет растущий список физических квазикристаллических систем и, вне всяких сомнений, будет вызывать значительный интерес к проведению дальнейшей экспериментальной и теоретической работы, способной пролить свет на детальное описание структуры и механизма образования этого квазикристалла.
Кристофер Мюррей (Christopher Murray) из Пенсильванского университета в США называет работу немецких ученых прекрасным примером того, как эволюционирует наука о материалах. Мюррей считает, что в прошлом исследователи, должно быть, пропустили такую структуру потому, что они не знали, что искать. Мюррей отмечает, что титанат бария был тщательно изучен. Титанат бария осматривали с различных углов, определяли разные методы его синтеза. По мнению Мюррея, интересным является то, что группа исследователей при помощи мощных инструментов, позволяющих рассматривать поверхность структуры, смогла получить неопровержимые доказательства в пользу формирования квазикристалла.
Рене Диль (Renee Diehl) из Университета штата Пенсильвания в США верит, что что квазикристаллические пленки не могут быть редкостью. Она считает, что при правильном сочетании пленки и субстрата, такая структура может быть получена для любого материала.
Источник: Nature, 2013, 502, 215 (DOI: 10.1038/nature12514)
