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Nov 08, 2023

「雷の化石」から準結晶が発見される

Quasi cristallino.

砂丘を通る強い放電によって形成されたと思われる準結晶が、米国とイタリアに拠点を置く研究者によって発見された。 プリンストン大学のポール・スタインハート率いるチームは、彼らの発見が人工準結晶を作成するための新しい技術の開発につながり、科学者が他の天然に存在するサンプルを見つけるのに役立つことを期待しています。

準結晶は、長距離秩序を持つ原子構造を持つ固体材料ですが、通常の結晶に見られる並進対称性がありません。 代わりに、準結晶は回転対称性のみを示し、この奇妙な配置により、準結晶にさまざまなエキゾチックな機械的、電気的、光学的特性が与えられます。 かつては不可能だと考えられていた準結晶が 1982 年に初めて確認され、それ以来、蒸着や液体状態のゆっくりとした急冷など、これらの材料を合成するためのいくつかの異なる技術が開発されてきました。

しかし、自然界では、準結晶の生成に必要な条件は極めてまれであり、最初の天然サンプルは 2009 年にスタインハートらによって同定されました。その後、スタインハート率いるシベリア遠征が行われ、そのサンプルの供給源を求めて、準結晶が生成されることが確認されました。隕石の一部だった。

準結晶が自然界に存在することが確立されると、新しい例を見つける競争が始まりました。 今回、Steinhardt らはフルグライトのサンプル内に新しいタイプの準結晶を発見しました。 「稲妻の化石」と呼ばれるフルグライトは、大電流が砂の中を流れるときに生成される溶融物質のチューブです。 彼らのサンプルはネブラスカ州中北部のサンドヒルズから採取され、ダウンした送電線の近くで発見され、サンプルに微量の金属が含まれていました。

化学組成が Mn72.3Si15.6Cr9.7Al1.8Ni0.6 の準結晶は、フルグライト内に閉じ込められたミリメートルサイズの粒子の中にありました。 そこでは、準結晶がより従来的な立方格子と共存していました。 準結晶には等間隔の原子層があり、各原子層は 12 回の回転対称性を持っています。これは並進対称性を持つ通常の結晶では不可能です。

準結晶ボース・アインシュタイン凝縮は高次元の物理学を垣間見ることができる

スタインハルト氏らはサンプルを研究することで、その形成に関する手がかりをつなぎ合わせることができた。 彼らは、この準結晶は砂を通る強い放電中に形成された可能性が高いと考えている。 これは、送電線の切断、落雷、またはその両方の組み合わせの結果である可能性があります。 発生源に関係なく、放電により 1710 °C を超える極端な温度が発生したと考えられます。 これにより、送電線からのアルミニウム合金の痕跡と砂からの溶融ケイ酸ガラスの間の領域に準結晶が形成されるのに必要な条件が生じたであろう、と研究者らは言う。

スタインハート氏のチームは、この発見が実験室での制御された放電による準結晶合成の新たな技術につながる可能性があると期待している。 これにより、研究者はエキゾチックな新しい特性を設計できるようになり、地球上と宇宙の両方で天然の準結晶が見つかる場所をより正確に特定できるようになる可能性もあります。

この研究は米国科学アカデミー紀要に記載されています。