Een team van internationale onderzoekers heeft een nieuw type structurele anomalie ontdekt, of defect, die kunnen voorkomen in quasikristallen, een uniek materiaal met enkele kristalachtige eigenschappen maar een complexere structuur.

Pat Thiel, senior chemicus bij het Ames Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie, leidde het internationale team, waaronder wetenschappers van het Institut Jean Lamour aan de Nancy-Université in Frankrijk.

in kristallen, een "defect" verwijst naar elke afwijking van perfecte structurele symmetrie. Hoewel de term een ​​ongewenste kwaliteit suggereert, niet alle gebreken zijn slecht; veel controle of invloed op belangrijke materiaaleigenschappen, zoals chemische zuiverheid, mechanische kracht, geleidbaarheid, kleur, corrosiviteit of oppervlakte-eigenschappen. robijnen, bijvoorbeeld, zijn rood vanwege een defect dat een anders onopvallend kristal verandert in een waardevolle edelsteen.

Van quasikristallen was al bekend dat ze een type defect hebben dat een phason-flip wordt genoemd, die zich aan de oppervlakte kunnen vormen. Het nieuwe defecttype werd ontdekt nadat onderzoekers mysterieuze nano-achtige gebieden op quasikristaloppervlakken hadden waargenomen. In tegenstelling tot de fasonflip, echter, het nieuwe defecttype strekt zich uit buiten het oppervlaktegebied en in het grootste deel van het quasikristal.

"Quasicrystals zijn zulke fascinerende materialen - ze lijken altijd kenmerken te vertonen die onverwacht zijn, beginnend met hun bestaan, " zei Thiel, die ook de John D. Corbett Distinguished Professor of Chemistry van de Iowa State University is.

Het duurde tot 1982, in feite, toen Dan Shechtman het schijnbaar onmogelijke zag - een goed gedefinieerde maar niet-herhalende rangschikking van atomen onder zijn elektronenmicroscoop - dat quasikristallen bleken te bestaan. Het duurde zelfs nog langer voordat de wetenschappelijke gemeenschap hun bestaan ​​accepteerde. Shechtman, een materiaalwetenschapper bij Ames Lab, Iowa State University en Technion-Israel Institute of Technology, won in 2011 de Nobelprijs voor de Scheikunde voor zijn ontdekking.

De recente ontdekking van het nieuwe defecttype laat zien dat quasikristallen nog steeds voor verrassingen zorgen. Hoewel het nanodomeindefect niet altijd aanwezig is - het komt alleen voor onder bepaalde omstandigheden om concurrerende energetische problemen in evenwicht te brengen - maakt de vorming ervan op die momenten het mogelijk om hoger-energetische overgangsmetaalrijke oppervlakken bloot te leggen in plaats van het verwachte lager-energetische aluminium- rijke oppervlakken.

Omdat nanostructuren veelbelovend zijn voor gebruik in een reeks toepassingen, van medisch tot elektronica, het begrijpen van de relatie tussen oppervlakte- en bulkdefecten in materialen kan meer inzicht opleveren in waarom nanostructuren vaak ongewoon sterk zijn.

"Het is al bekend dat in nanodraden, hun sterkte is gerelateerd aan het feit dat het oppervlak de bulkdefecten kan 'uitwissen', Thiel zei. "Maar uiteindelijk kan zelfs een nanodraad onder extreme omstandigheden falen, en het oppervlak lijkt daarbij ook een rol te spelen. De relatie tussen oppervlakte- en bulkdefecten is dus echt heel belangrijk."