45億年隕石裡的晶體有”不被允許的對稱”

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準晶體1

高分辨率的透射電子顯微鏡High-resolution transmission electron microscopy(HRTEM)圖像顯示這真實空間的結構有均勻、準週期的10面對稱的圖形

幾千年前撞擊在北俄羅斯的一個古老隕石裡發現了很”不尋常”的原子排列。這是有史以來第二次發現準晶體。 這研究在這周的 Scientific Reports 裡被報導。

要了解準晶體跟晶體的差別,想像一個磁磚地板,六角形瓦片(有6側)完美的拚再一起覆蓋整個地板。但假如你放五角形(5側)或10角形(10側)在彼此旁邊,你的磁磚中間就會有縫隙。普林斯頓的Paul Steinhardt在發表會上說 ”在一般的晶體裡,原子會整齊重複的組在一起。但準晶體的結構跟晶體完全不同,但也不是隨機組合的。”

研究家原本以為這些無法透過自然的過程形成,因為結構太脆弱跟能量不穩定。直到Steinhardt跟同事們在2009年發現了一個晶體有”不被允許的對稱” ,在一個幾年前在楚科奇,俄羅斯收集到的石頭裡面。它叫做 icosahedrite,這準晶體跟足球一樣有5面對稱,而它在45億年前一個外星物體裡形成。

根據用X-光的實驗,這新發現的準晶體結構有10個邊的圓盤疊成一柱(下面圖片)。這10面對稱在一般的晶體裡是不可能有的。Steinhardt對Live Science解釋 “當我們說十角形,我們的意思是你可以把這樣本像圓圈往某個方向轉十分之一,而它的原子排列會看起來跟之前一樣。”

first and second

這第二個準晶體(還未取名) 也在同一個隕石裡但不同的晶粒裡(第一張圖畫紅色圈)被發現。它是由鋁,鎳,鐵所組成,這三樣東西很少會被發現在一起,因為鋁跟氧氣結合得很快,這會阻擋掉另外兩個跟他結合。第二個準晶體的發現證實了這的確可以在自然裡形成,而且在宇宙時間的尺度上是可以保持穩定。

準晶體

顯微CT掃描整個籽粒126 在右邊的照片

準晶體很硬,低摩擦,導熱效果差。這讓它們可以當很好的保護層在飛機上或不黏鍋的煎鍋上。這團隊現在在找出這礦物質是如何形成的答案。 “我們知道有一個隕石撞擊,而溫度在1200開氏度[攝氏726至926度],而那壓力比大氣壓力大幾十萬倍,但這還不夠給我們全部的細節” Steinhardt說 “我們想知道準晶體的形成是稀有的? 還是常有的? 它是如發生的? 或它在其他太陽系是否也可以發生? 我們所找到的答案可以回答我們宇宙裡有的物質的最基本問題。”

準晶體的迷幻影片:

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來源: Iflscience