In de wereld van de materiaalkunde, velen hebben gehoord van kristallen - zeer geordende structuren waarin atomen op een strakke en periodieke manier zijn gerangschikt (waarin de atomaire rangschikking wordt herhaald). Maar, niet veel mensen weten over quasikristallen, die unieke structuren zijn met vreemde atomaire rangschikkingen. Zoals kristallen, quasikristallen zijn ook strak gerangschikt, maar wat er anders aan hen is, is het feit dat ze een ongekende vijfhoekige symmetrie hebben, zodanig dat de atomaire rangschikking zeer geordend is, maar niet periodiek.

Dit onderscheidende kenmerk geeft ze unieke eigenschappen, zoals hoge stabiliteit, weerstand tegen hitte, en lage wrijving. Sinds hun ontdekking slechts ongeveer 30 jaar geleden, wetenschappers wereldwijd hebben geprobeerd de eigenschappen van quasikristallen te begrijpen, in een poging om meer vooruitgang te boeken in materiaalonderzoek. Maar, dit is niet makkelijk, aangezien quasikristallen niet gangbaar zijn in de natuur. Gelukkig, ze hebben gebruik kunnen maken van structuren die lijken op quasikristallen, genaamd "Tsai-type benaderingen." Het in detail begrijpen van deze structuren zou inzicht kunnen geven in de vele eigenschappen van quasikristallen. Een van die eigenschappen is antiferromagnetisme, waarin magnetische momenten in een quasiperiodieke volgorde zijn uitgelijnd, opvallend onderscheiden van conventionele antiferromagneten. Deze eigenschap is tot nu toe nog nooit waargenomen in quasikristallen, maar de mogelijkheid was opwindend voor materiaalwetenschappers, omdat het een toegangspoort zou kunnen zijn tot een overvloed aan nieuwe toepassingen.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Fysieke beoordeling B:snelle communicatie , een team van wetenschappers aan de Tokyo University of Science, onder leiding van prof. Ryuji Tamura, vond voor het eerst dat een type Tsai-type approximant een antiferromagnetische overgang vertoont. Dit was een spannende bevinding, omdat het suggereerde dat zelfs quasikristallen zo'n overgang zouden kunnen vertonen. De wetenschappers wisten al dat benaderingen van het Tsai-type twee verschillende varianten hebben:1/1 en 2/1 benaderingen.

Het belangrijkste verschil tussen de twee is dat 2/1-benaderingen een extra rhomboëdrische eenheid in hun structuur bevatten, die afwezig is in het 1/1 type, waardoor ze nog hoger geordend zijn en dichter bij de structuur van quasikristallen. En dit is waarom de wetenschappers de omstandigheden wilden zien waarin 2/1-benaderingen antiferromagnetisme konden vertonen; het creëerde een mogelijkheid om deze nieuwe eigenschap zelfs in quasikristallen te zien. Prof Tamura zegt, "Antferromagnetische overgangen zijn waargenomen in 1/1 benaderingen, maar we hebben het voor het eerst waargenomen in een 2/1-benadering. Dit is interessant omdat, in tegenstelling tot de 1/1 benadering, de 2/1 benadering bevat alle componenten die nodig zijn om een ​​quasikristal te construeren."

Om de magnetische eigenschappen van 2/1-benaderingen nader te bekijken, de wetenschappers synthetiseerden metaallegeringen met een kristallijne structuur, die zowel 1/1 als 2/1 benaderingen bevatte. Door een apparaat te gebruiken dat het supergeleidende kwantuminterferentieapparaat (SQUID) wordt genoemd, ze bestudeerden de omstandigheden waaronder de approximanten verschillende magnetische eigenschappen vertoonden. interessant, ze ontdekten dat een enkele parameter de aanwezigheid van antiferromagnetisme in beide soorten benaderingen dicteert. Dit was de verhouding van elektron per atoom, die enigszins verschilden in de twee typen. Door de elektron-per-atoomverhouding te manipuleren, Prof Tamura en zijn team zagen een "overgang" naar een antiferromagnetische toestand in beide soorten benaderingen. Deze eigenschap was eerder gezien in het 1/1 type, maar nooit in de 2/1 benadering. Dit was een spannende ontwikkeling, omdat de sterk geordende structuur van de 2/1-benadering betekende dat het kon worden gebruikt om quasikristallen te genereren, waardoor dit de allereerste studie is die de mogelijkheid van antiferromagnetische quasikristallen aantoont.

Voortbouwend op hun bevindingen, Prof Tamura zegt, "We zijn erin geslaagd te observeren, Voor de eerste keer, antiferromagnetische overgangen in de 1/1 en 2/1 AFM benaderingen in de dezelfde legeringssysteem." Hij voegt eraan toe, "Onze bevinding laat duidelijk zien dat de antiferromagnetische orde overleeft in de 2/1 hogere-orde benadering, die alle bouwstenen heeft voor het maken van een quasikristal."

De betekenis van quasikristallen, zoals in routinematige toepassingen zoals het maken van koekenpannen en naalden voor acupunctuur en chirurgie, is algemeen bekend. Maar, gezien hun zeer recente ontdekking, er is niet veel begrepen over wat hen zo uniek maakt. Door het bestaan ​​van antiferromagnetisme in een quasikristalachtige structuur aan te tonen, Prof Tamura en zijn team hebben mogelijk de weg vrijgemaakt voor grotere ontwikkelingen in quasikristalonderzoek. Prof Tamura besluit met te zeggen:"Antferromagnetische quasikristallen waren nog nooit eerder gezien, en deze ontdekking heeft een grote academische impact." Hij voegt eraan toe:"De mogelijkheid van het bestaan ​​van antiferromagnetische quasikristallen is een grote stap in de richting van het ontcijferen van het mysterie van quasikristallen."