Za razliku od klasičnih kristala, kvazikristale ne čine periodične jedinice, iako imaju superiorniju strukturu. Formiranje fascinantnih mozaika koje oni stvaraju su jedva razumljivi. U kontekstu zajedničke međunarodne saradnje, istraživači sa Tehničkog univerziteta u Minhenu (TUM) su predstavili metodologiju koja omogućava stvaranje dvodimenzionalnih kvazikristala iz metal-organskih mreža, otvarajući put za razvoj perspektivnih novih materijala.
Fizičar Daniel Shechtman je jednostavno postavio tri pitanja u svojoj laboratorijskoj recenziji, kada je video rezultate svog najnovijeg eksperimenta jednog dana davne 1982. godine. On je gledao u kristalni obrazac koji se smatrao nemogućim u to vreme. Prema kanonskim načelima, kristali uvek imaju tzv. translacionu simetriju. Oni čine jednu osnovnu jedinicu, tzv. elementarnu ćeliju, koja se ponavlja u istom obliku u svim prostornim pravcima.
Iako je Shechtmanov obrazac sadržao simetriju, pojedinačni blokovi za izgradnju nisu mogli da budu mapirani međusobno samo prevođenjem. Prvi kvazikristal je otkriven. Uprkos delimično oštroj kritici uglednih kolega, Shechtman je ubrzo postavio svoj novi koncept i na taj način uveo revoluciju u naučne krugove oko razumevanja kristala i čvrstih tela. Godine 2011. je dobio Nobelovu nagradu u oblasti hemije. Do današnjeg dana, osnovni uslovi i mehanizmi kojima se formiraju ove fascinantne strukture su u velikoj meri obavijene misterijom.
Instrumenti za kvazikristale
Sada je grupa naučnika predvođena Wilhelmom Auwärterom i Johannesom Barthom, obojica su profesori u okviru Department of Surface Physics na Tehničkom univerzitetu u Minhenu, u saradnji sa profesorom Nian Linom i dr. sa Univerziteta za nauku i tehnologiju iz Hong Konga (HKUST) i doktorom David Écijom sa španskog istraživačkog instituta IMDEA Nanoscience, razvila nove osnove za stvaranje dvodimenzionalnih kvazikristala, koji bi ih doveli mnogo bliže razumevanju ovih neobičnih obrazaca.
José Ignacio Urgel, doktorand sa Tehničkog univerziteta u Minhenu, napravio je pionirska merenja u toku zajedničkog istraživanja na Univerzitetu za nauku i tehnologiju u Hong Kongu. „Sada imamo novi set blokova za izgradnju koje možemo koristiti da bismo sastavili mnoge ali i različite nove kvazikristalne strukture. Ova raznolikost nam omogućava da istražimo o tome kako se formiraju kvazikristali“, objasnio je fizičar sa TUM-a.
Istraživači su bili uspešni u povezivanju evropijuma - atom metala iz grupe lantanoida - sa organskim jedinjenjima, čime se gradi dvodimenzionalni kvazikristal koji čak ima potencijal da postane trodimenzionalni kvazikristal. Do danas, naučnici su uspeli da stvore mnoge periodične i delimično vrlo složene strukture od metal-organskih mreža, ali nikada kvazikristal.
Istraživači su takođe u mogućnosti da u potpunosti „rasvetle“ nove geometrijske mreže u neuporedivoj rezoluciji pomoću specijalnih mikroskopa. Pronašli su mozaik od četiri različita osnovna elementa koji obuhvataju trouglove i pravougaonike neravnomerno raspoređene po podlozi. Neki od ovih osnovnih elemenata okupljeni su u pravilne dodekagone, koji međutim, ne mogu biti mapirani jedni na druge kroz paralelno prevođenje. Rezultat je složeni obrazac, malo umetničko delo na atomskom nivou sa dodekagonalnom simetrijom.
Zanimljiva optička i magnetna svojstva
U svom budućem radu, istraživači planiraju da menjaju interakcije između metalnih centara i pridruženih jedinjenja pomoću kompjuterske simulacije i eksperimenata, kako bi se razumeli uslovi pod kojima se formiraju dvodimenzionalni kvazikristali. Ovaj uvid bi mogao da olakša budući razvoj novih prilagođenih slojeva kvazikristala..
Ove vrste materijala puno obećavaju. Uostalom, nove metal-organske kvazikristalne mreže mogu imati svojstva koja ih čine zanimljivim u širokom spektru primene. „Otkrili smo novi teren za igru na kome ne samo što možemo da istražujemo kvazikristalnost, već i da stvaramo nove funkcionalnosti, posebno u oblasti optike i magnetizma“, kaže dr David Écija sa IMDEA Nanoscience instituta.
Situacija je takva da naučnici jednog dana mogu da koriste novu metodologiju za stvaranje kvazikristalnih premaza koji utiču na fotone na takav način da se prenose bolje ili da samo određene talasne dužine mogu proći kroz materijal.
Pored toga, interakcije lantanid blokova za izgradnju u novim kvazikristalima mogu da olakšaju razvoj magnetnih sistema sa vrlo posebnim svojstvima, tzv.„frustrirani sistemi". Ovde, pojedinačni atomi u kristalnoj rešetci međusobno interferiraju što dovodi do toga da se postigne minimalno energetsko stanje. Rezultat: minimalno magnetno stanje koje se može istraživati kao medij za čuvanje informacija kvantnih kompjutera u budućnosti.
