科学者たちはこれまでで最大の準結晶を作ったところだ — 彼らの一人がそれは不可能だと賭けていたからだ

Jan 23, 2024

準結晶は、かつては不可能だと考えられていた非反復結晶の一種で、何千もの金属球をトレイの中で一週間以上揺らして作られました。

研究者らは、何千もの金属ビーズをトレイの中で一週間揺らすことにより、これまで科学者たちが不可能だと考えていた構造、史上最大の準結晶を作成した。

初期イスラム美術の不規則で非反復的なタイル パターンで最初に表現された準結晶は、原子が規則正しい配置に適合しているにもかかわらず、興味深いことに決して反復しない結晶です。 それらは結晶ですが、かつて伝統的な結晶をより混沌とした構造の固体から分けるために使用されていた対称性の法則を頑固に破ります。

1981 年に初めて理論化され、1982 年に発見されたこの構造は、かつて物議を醸したもので、それを発見した科学者は発見を擁護したとして研究室から追放され、その後 2011 年にノーベル化学賞を受賞しました。

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今回、科学者たちは、実験がうまくいくかどうかについて主任研究者と同僚との間で行われた賭けの結果として、同様の物議を醸す状況から史上最大の準結晶を作成した。 研究者らは 7 月 4 日にプレプリント サーバー arXiv 上で研究結果を発表しました。 この論文はまだ査読されていません。

発見以来、何百もの準結晶が実験室で作られ、中には自然界で発見されたものもあります。 しかし、それらはすべてかなり小さく、マイクロメートルとナノメートルのスケールの間、つまり髪の毛の幅の 0.001% から 1% の間の粒子で作られています。 科学者たちは、何千倍も大きい準結晶を作成できるかどうかを確認したいと考えていました。

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準結晶内の粒子がどのくらい大きくなる可能性があるかを調査するために、研究者らはコンピューターシミュレーションを実行して、大きな準結晶を形成するのに最適な粒子の種類を見つけました。 彼らの結果は、2 つの粒子を使用する必要があることを示しました。1 つは直径 2.4 ミリメートル (0.09 インチ)、もう 1 つは直径 1.2 mm (0.047 インチ) です。

研究者らは、両サイズの鋼球約 4,000 個を浅い容器に置いた後、1 週間にわたって球体を毎秒 120 回の速度で震わせ、衝突させるように設定し、その過程を撮影した。 研究者らは実験を検討した結果、「興味深い状況が浮かび上がってきたようだ」と論文に書いた。

球体は、3 つの基本部分で構成される準結晶のタイル状の非繰り返し構造に配置されていました。正方形の大きな球体と、中央に 1 つまたは 4 つの小さな球体が落ちているもの、および大きな球体が中心に小さな球体を持ち三角形を形成しているものです。 。

準結晶の実用化のほとんどはまだ遠い先のことですが、そのユニークな特性により、物体を熱から守り、鋼を強化し、折れた骨を修復できる可能性があります。 この新しい結晶と他の準結晶との類似性についてさらに研究が進めば、これらの可能性が現実に近づく可能性があります。

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Ben Turner は、英国を拠点とする Live Science のスタッフ ライターです。 彼は物理学や天文学をはじめ、テクノロジーや気候変動などのトピックをカバーしています。 彼はユニバーシティ・カレッジ・ロンドンを卒業し、素粒子物理学の学位を取得し、その後ジャーナリストとしての訓練を受けました。 執筆以外のときは、ベンは文学を読んだり、ギターを弾いたり、チェスで恥をかくことを楽しんでいます。

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