ควอซีคริสตัล
ผลึกแบบกึ่งเป็นรอบ (อังกฤษ: quasiperiodic crystal) หรือเรียกสั้นว่า ควอซีคริสตัล หรือ เควไซคริสตัล (อังกฤษ: quasicrystal) รูปแบบของแข็งกึ่งผลึกสามารถเติมช่องว่างทั้งหมดที่มีอย่างต่อเนื่องได้ แต่ขาดสมมาตรเคลื่อนที่ ขณะที่ผลึก ตามทฤษฎีข้อจำกัดทางผลึกวิทยา (crystallographic restriction theorem) คลาสสิก สามารถมีแกนหมุนได้เฉพาะสอง สาม สี่และหกรอบเท่านั้น รูปแบบการเลี้ยวเบนแบรก (Bragg diffraction) ของควอซีคริสตัลแสดงยอดแหลมด้วยระเบียบสมมาตรอื่น ๆ เช่น แกนหมุนห้าเท่า
เทสเซลเลชันไม่สม่ำเสมอ (aperiodic tiling) ถูกค้นพบโดยนักคณิตศาสตร์ในต้นคริสต์ทศวรรษ 1960 และ อีกราวยี่สิบปีให้หลัง ถูกพบว่าประยุกต์ใช้กับการศึกษาควอซีคริสตัล การค้นพบรูปแบบไม่สม่ำเสมอเหล่านี้ในธรรมชาติได้ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ในสาขาวิทยาผลิกศาสตร์ ควอซีคริสตัลเคยถูกศึกษาและสังเกตก่อนหน้านี้[2] แต่ยังไม่ได้รับความสนใจเพื่อประโยชน์ในมุมมองทั่วไปเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมของสสารกระทั่งคริสต์ทศวรรษ 1980
อธิบายโดยสังเขป การจัดเรียงตัวจะไม่เป็นรอบหากขาดสมมาตรเคลื่อนที่ หมายความว่าสำเนาเคลื่อนที่จะไม่มีทางเหมือนกับของเดิมทั้งหมด นิยามทางคณิตศาสตร์อย่างละเอียดว่า จะไม่มีสมมาตรเคลื่อนที่ในทิศทางอิสระเชิงเส้นมากกว่า n -1 โดยที่ n เป็นมิติของช่องว่างที่เติม นั่นคือ เทสเซลเลชันสามมิติที่แสดงเป็นควอซีคริสตัลอาจมีสมมาตรเคลื่อนที่ในสองมิติ ความสามารถในการเลี้ยวเบนมาจากการมีอยู่ของส่วนย่อยจำนวนมากอย่างไม่จำกัด โดยมีระยะห่างเท่ากัน ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่อธิบายคร่าว ๆ ได้ว่า ระเบียบพิสัยยาว (long-range order) ในทางการทดลอง ความไม่สม่ำเสมอนี้เปิดเผยในสมมาตรไม่ปกติของรูปแบบการเลี้ยวเบน นั่นคือ สมมาตรของการจัดเป็นระเบียบมากกว่าสอง สาม สี่หรือหก รายงานการพบสิ่งที่ภายหลังรู้จักกันว่าควอซีคริสตัลอย่างเป็นทางการครั้งแรกทำโดยแดน เชชท์มัน และเพื่อนร่วมงานใน ค.ศ. 1984[3] เชชท์มันน์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำ ค.ศ. 2011 จากการค้นพบของเขา[4]
นับตั้งแต่การค้นพบของเชชท์มันครั้งแรกใน ค.ศ. 1984 มีรายงานควอซีคริสตัลหลายร้อยชนิดและยืนยันแล้ว โดยไม่ต้องสงสัย ควอซีคริสตัลไม่เป็นของแข็งแบบเฉพาะ (unique form) ของของแข็งอีกต่อไป พวกมันมีอยู่ทั่วไปในอัลลอย โลหะหลายชนิดและพอลิเมอร์บางชนิด ควอซีคริสตัลพบส่วนใหญ่ในอัลลอยอะลูมิเนียม (Al-Li-Cu, Al-Mn-Si, Al-Ni-Co, Al-Pd-Mn, Al-Cu-Fe, Al-Cu-V เป็นต้น) แต่ที่มีองค์ประกอบอื่นก็เป็นที่รู้เช่นกัน (Cd-Yb, Ti-Zr-Ni, Zn-Mg-Ho, Zn-Mg-Sc, In-Ag-Yb, Pd-U-Si เป็นต้น)[5]
อ้างอิง แก้
- ↑ Ünal, B; V. Fournée; K.J. Schnitzenbaumer; C. Ghosh; C.J. Jenks; A.R. Ross; T.A. Lograsso; J.W. Evans; P.A. Thiel (2007). "Nucleation and growth of Ag islands on fivefold Al-Pd-Mn quasicrystal surfaces: Dependence of island density on temperature and flux". Physical Review B. 75 (6): 064205. Bibcode:2007PhRvB..75f4205U. doi:10.1103/PhysRevB.75.064205. S2CID 53382207.
- ↑ Steurer W., Z. Kristallogr. 219 (2004) 391–446
- ↑ Shechtman, D.; Blech, I.; Gratias, D.; Cahn, J. (1984). "Metallic Phase with Long-Range Orientational Order and No Translational Symmetry". Physical Review Letters. 53 (20): 1951. Bibcode:1984PhRvL..53.1951S. doi:10.1103/PhysRevLett.53.1951.
- ↑ "The Nobel Prize in Chemistry 2011". Nobelprize.org. สืบค้นเมื่อ 2011-10-06.
- ↑ MacIá, Enrique (2006). "The role of aperiodic order in science and technology". Reports on Progress in Physics. 69 (2): 397. Bibcode:2006RPPh...69..397M. doi:10.1088/0034-4885/69/2/R03.
แหล่งข้อมูลอื่น แก้
- A Partial Bibliography of Literature on Quasicrystals (1996–2008).
- BBC webpage showing pictures of Quasicrystals
- What is... a Quasicrystal?, Notices of the AMS 2006, Volume 53, Number 8
- Gateways towards quasicrystals: a short history by P. Kramer
- Quasicrystals: an introduction by R. Lifshitz
- Quasicrystals: an introduction by S. Weber
- Steinhardt's proposal เก็บถาวร 2016-10-18 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
- Quasicrystal Research – Documentary 2011 on the research of the University of Stuttgart
- Thiel, P.A. (2008). "Quasicrystal Surfaces". Annual Review of Physical Chemistry. 59: 129–152. Bibcode:2008ARPC...59..129T. doi:10.1146/annurev.physchem.59.032607.093736. PMID 17988201.
- "Indiana Steinhardt and the Quest for Quasicrystals – A Conversation with Paul Steinhardt" เก็บถาวร 2016-11-04 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน, Ideas Roadshow, 2016
- Shaginyan, V. R.; Msezane, A. Z.; Popov, K. G.; Japaridze, G. S.; Khodel, V. A. (2013). "Common quantum phase transition in quasicrystals and heavy-fermion metals". Physical Review B. 87 (24): 245122. arXiv:1302.1806. Bibcode:2013PhRvB..87x5122S. doi:10.1103/PhysRevB.87.245122. S2CID 119239115.