Tussen de scheikundelessen door edelstenen, en elektronica, het idee van kristallen, dat is, stoffen met een geordende en periodieke rangschikking van atomen is heel gewoon. Maar ongeveer 40 jaar geleden, er is een vreemd deeltje ontdekt door wetenschappers dat nog niet alledaags is geworden in onze wereld:quasikristallen. Dit zijn structuren met merkwaardige atomaire rangschikkingen, die, hoewel oppervlakkig vergelijkbaar met kristallen, gebrek aan periodiciteit ondanks besteld. Door hun structuren, quasikristallen vertonen symmetrieën die voor kristallen verboden zijn en zijn begiftigd met interessante eigenschappen die kristallen niet kunnen vertonen, zoals hoge weerstand tegen warmtestroom, huidige stroom, en corrosie.

Sinds hun ontdekking, quasikristallen zijn uitgebreid onderzocht door materiaalwetenschappers over de hele wereld. Door hun zeldzaamheid, wetenschappers hebben vaak hun toevlucht genomen tot het bestuderen van modellen die ze nabootsen, benaderingen genoemd. Onlangs, in een klasse van op goud gebaseerde benaderingen, genaamd "Tsai-type benaderingen", de aanwezigheid van magnetische orde werd gedetecteerd waarvan het type kan worden gecontroleerd door de samenstelling van de approximanten - een opwindende mogelijkheid voor materiaalwetenschappers om te verkennen.

In dergelijke benaderingen van toenemende complexiteit, zoals die samengesteld uit goud (Au), aluminium (Al), en terbium (Tb), de magnetische orde bleek antiferromagnetisch te zijn, waarbij elk ion in het kristal fungeert als een kleine magneet met zijn polen tegengesteld aan die van zijn buren. In een nieuwe studie gepubliceerd in Fysieke beoordeling B, Prof. Ryuji Tamura van de Tokyo University of Science (TUS), Japan, samen met zijn collega's Sam Coates van TUS, en Hem Raj Sharma en Ronan McGrath van de Universiteit van Liverpool, onderzocht de atomaire structuur van het antiferromagnetische oppervlak deze benadering van het Tsai-type. Prof. Tamura, die de studie leidde, zegt:"Au-gebaseerde Tsai-benaderingen zijn onvoldoende onderzocht in vergelijking met hun op zilver (Ag) gebaseerde tegenhangers, vooral op het gebied van oppervlaktewetenschap. Het begrijpen van de structuren van deze Tsai-achtige materialen zal een diepgaande interpretatie van hun specifieke eigenschappen mogelijk maken, zoals magnetische overgangen, elektronische functies, en supergeleiding." Hun onderzoek leverde onverwachte resultaten op.

De bouwstenen van Tsai-type benaderingen zijn "Tsai-type clusters", veelvlakkige schelpen waarvan het aantal zijden afhangt van de variant van de approximant. In hun studie hebben Het team van prof. Tamura koos een 1/1 variant van de Au-Al-Tb-benadering waarin een tetraëdrische eenheid was ingesloten in een dodecaëder, icosaëder, icosidodecaëder, en ruitvormige triacontaëder. De Tb-atomen bezetten de hoekpunten van de icosaëder, terwijl de Au/Al-atomen de hoekpunten van de overige schillen bezetten.

De wetenschappers keken in een specifiek oppervlak van een eenkristal van de 1/1 Au-Al-Tb met behulp van een scanning tunneling microscope (STM) en ondersteunden hun waarnemingen met berekeningen van de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT).

Ze ontdekten dat het oppervlak een eigenaardige stap-terrasachtige structuur had, waarbij de terrassen eindigen op vlakken die Tb-atomen bevatten en een staphoogte die, interessant, bleek het aantal onvolledige icosaëders te minimaliseren. Verder, ze ontdekten dat de terrasstructuur afhing van het teken van de voorspanning die op het monster werd toegepast. Terwijl bij een positieve vooringenomenheid, de Tb-atomen vertoonden een rhomboëdrische of zeshoekige rangschikking, negatieve bias onthulde dat de Au / Al-atomen in een lineaire rijachtige structuur waren gerangschikt, een soort schakeling die nog niet eerder is waargenomen in een Tsai-achtig materiaal. "Omdat dit het eerste materiaal van het Tsai-type is dat een dergelijk schema laat zien, we moeten op Au gebaseerde Tsai-types verder onderzoeken om te beoordelen of chemische samenstelling een rol speelt in de oppervlaktestructuur, " opmerkingen Prof. Tamura. De waarnemingen waren consistent met DFT-berekeningen.

Hoewel quasikristallen verschillende toepassingen hebben gevonden, variërend van chirurgische instrumenten, LED's voor koekenpannen met antiaanbaklaag, ze zijn verre van goed begrepen en de recente bevindingen in quasikristal-achtige structuren dienen om te wijzen op de onbenutte exotische mogelijkheden die ze herbergen. "De unieke structuur van het Tsai-type oppervlak suggereert dat quasikristallen kunnen worden gebruikt als een sjabloon voor moleculaire adsorptie bij het creëren van organische halfgeleidende dunne films, " Prof. Tamura zegt. "Begrijpen hoe de structuurverandering overeenkomt met het magnetisme kan deuren openen naar nieuwe toepassingen, " hij voegt toe.

Eén ding is zeker:het quasikristal is iets duidelijker!