Test Trinity. Kredit: Jack Aeby, Wikimedia Commons. Volné dílo.

Kvazikrystaly jsou pevné látky s uspořádanou strukturou, kterou se liší od amorfních materiálů. Na rozdíl od krystalů ale nemají periodickou strukturu. První kvazikrystal objevil v roce 1982 izraelský materiálový vědec Daniel Šechtman, který je teď ve službách Technionu. Mnozí lidé s tím tehdy měli problém, protože struktura kvazikrystalů byla považována za nereálnou. Od té doby jsme objevili a syntetizovali spoustu kvazikrystalů, některé s exotickým složením a Šechtman dostal v roce 2011 Nobelovku za chemii.

Paul J. Steinhardt. Kredit: Princeton University.

Lovec kvazikrystalů Paul Steinhardt z Princetonu a jeho spolupracovníci mezitím objevili přírodně se vyskytující kvazikrystaly v meteoritickém materiálu z Čukotky. Tyto kvazikrystaly podle Steinhardta vznikly zřejmě nesmírně dávno, při srážce asteroidů v mladé Sluneční soustavě. Podobně vznikly i některé z kvazikrystalů v laboratoři, které vytvořili srážkami materiálů při velkých rychlostech. A jak se zdá, možností je víc.

Steinhardt a jeho tým se rozhodli pátrat po kvazikrystalech na pamětihodném místě prvního jaderného testu historie. Zajímalo je, zda rázové vlny a další extrémní faktory jaderné exploze mohou vytvořit kvazikrystal. Americký test známý jako Trinity proběhl 16. července 1945 v prostoru Alamogordo Bombing Range v Novém Mexiku. Badatelé tam prozkoumali rozsáhlou plochu pokrytou zelenavým skelnatým materiálem, jemuž se přezdívá „trinitit“.

Kus trinititu, který obsahoval kvazikrystal. Kredit: Luca Bindi, Paul J. Steinhardt, Princeton University.

V Alamogordu tehdy explodovala plutoniová jaderná bomba o síle cca 20 kilotun. Byla umístěna na vrcholku 30metrové věže a její výbuch roztavil jak věž, tak i okolní písek. Vznikl trinitit s načervenalými příměsemi, který podle Steinhardta byl velmi vhodným materiálem pro hledání kvazikrystalů. Ty totiž často tvoří neobvyklé směsi prvků a trinitit upečený brutální explozí se pro jejich hledání vyloženě nabízí.

Deset měsíců trinitit řezali a zkoumali, až narazili na drobné zrnko materiálu, z něhož se vyklubal kvazikrystal. Má doposud nevídané složení. Tvoří ho železo, křemík, měď a vápník. Podle všeho vznikl z roztaveného pouštního písku, do něhož vsákl materiál věže, především její měděné kabely. Jak je u kvazikrystalů obvyklé, i struktura v trinititu má vlastnosti slitiny. Jde o materiál kovového charakteru, který tvoří kladně nabité ionty, obklopené mořem elektronů.

Steinhardt je přesvědčený, že by kvazikrystaly tohoto typu mohli využít jaderní detektivové. Kvazikrystaly by mohly prozradit utajované jaderné testy. Objev kvazikrystalů v trinititu rovněž motivuje pátrání v dalších exotických materiálech, které vznikly v extrémních podmínkách. V jejich hledáčku je například fulgit, materiál vzniklý zásahem blesku.

Video: The Search for Natural Quasicrystals - Paul Steinhardt

Literatura

Nature News 17. 5. 2021.

PNAS 118: e2101350118.