Když nějaký materiál nemá periodicky uspořádané atomy či molekuly jako u klasických krystalů, ani náhodně smíchané jako u amorfních látek, tak je to nejspíš kvazikrystal. Mají pozoruhodnou povahu, jako když ve víru temného chaosu nesměle povstává řád. V jejich struktuře lze nalézt určité uspořádané prvky, například rotační symetrie.
Kvazikrystaly objevil v roce 1982 izraelský fyzik Dan Šechtman, který za to před pár lety dostal Nobelovu cenu za chemii. Dnes jich známe celou řadu a mnohé z nich jsou kovovými slitinami poměrně jednoduchého složení, například Al-Mn, Al-Cu-Fe, Ti2-Mn nebo Al4-Fe. Svého času vyvolávaly velká očekávání, nadšení materiálových vědců z kvazikrystalů teď ale poněkud opadlo. Prozatím jsme pro ně nenašli žádné převratné uplatnění. To ale neznamená, že by jejich napínavě komplikovaná struktura přestala vábit zvědavé vědce.
V ikosaedrických (čili dvacetistěnných) kvazikrystalech se shlédli Sharon Glotzer a její kolegové, kteří nedávno uskutečnili počítačovou simulaci doposud nejkomplikovanější krystalické struktury – jednosložkového ikosaedrického kvazikrystalu. Popularizátoři Michiganské univerzity v této souvislosti nabízejí roztomilý návod, jak neobvyklé sousloví přečíst: „eye-KO-suh-HE-druhl QUAZ-eye-cris-tahl“.
Ikosaedrální symetrii obvykle nacházíme v relativně jednoduchých strukturách omotaných kolem jednoho bodu. Příkladem mohou být některé obaly (kapsidy) virů anebo buckybally ze 60 atomů uhlíku. V tradičních krystalech ale nefunguje. Podle první autora studie týmu Glotzerové v časopisu Nature Materials Michaela Engela je to jako chtít vydláždit koupelnu pětiúhelníky. Řešením problému s vyplněním prostoru ikosaedrickou symetrií jsou právě ikosaedrické kvazikrystaly, které se svojí strukturou rezignovaly na periodicitu. Výsledkem je pak velice komplikovaná záležitost.
Ikosaedrické kvazikrystaly obsahují fotonické zakázané pásmo, zamezující průchodu fotonů určitých vlnových délek, což jim přece jenom dává jisté přísliby do budoucna. Když je vytvoříme z nanočástic a mikrometrových částic, tak by podle Glotzerové mohly být velice užitečné v mnoha různých aplikacích, od komunikačních technologií a displejů po technologie kamufláže. Zatím to je ale jen velmi spekulativní.
Glotzerová a spol. simulovali vznik a uspořádání kvazikrystalu založeného na jediné strukturní částici. Obvykle to bývají dvě nebo tři částice. I když byla výsledná struktura očividně velmi uspořádaná, v ní obsažené částice interagovaly velmi lokálně – maximálně do vzdálenosti tří dalších částic. V těchto interakcích se podle studie projevuje legendární pravidlo zlatého řezu. Glotzerová si libuje, že jejich modelovaný kvazikrystal krásně předvádí, jak může nesmírně komplikovaná struktura vzniknout z velice jednoduchých pravidel.
Video: Transforming Nanoscience: Sharon Glotzer. Kredit: TEDx Talks.
Video: Quasicrystals ; Prof. Daniel Shechtman ; Nobel Prize in Chemistry. Kredit: American Technion Society.
Literatura
University of Michigan 23. 12. 2014, Nature Materials 14: 109–116, Wikipedia (Quasicrystal, Golden ratio).