Diese mysteriöse Ultra-seltenen Kristalle gebildet wahrscheinlich im Weltraum

Quasikristalle sind ungewöhnliche Materialien, in denen die Atome in regelmäßigen Mustern angeordnet sind, die dennoch nie sich wiederholen. Die meisten sind künstlich im Labor; nur in einem Fall von natürlich vorkommenden Quasikristalle bisher gefunden wurde. Und jetzt Physiker glauben, dass sie herausgefunden haben, wie das passiert ist.

In einem Papier veröffentlicht heute in den Proceedings der National Academy of Sciencesbeschreiben Caltechs Paul Asimow und seine Co-Autoren, wie bestimmte seltenen Materialien extrem starke Schockwellen zu unterwerfen Quasikristalle produziert. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass Quasikristalle bei Kollisionen im Asteroidengürtel, bevor Sie als Meteoriten auf die Erde fallen in felsigen Körpern bilden können.

Quasikristalle so besonders macht? Kristalle in der Regel zeichnen sich durch ihre präzise bestellten Atome bilden regelmäßige Muster, die innerhalb einer Gitterstruktur (Honeycomb) immer und immer wieder wiederholen. Die Zellen von Quasikristallen auf, wiederholen nicht jedoch in eine identische Muster. Es gibt kleine Variationen in benachbarten Zellen. Und noch folgen sie klaren mathematische Regeln, ähnlich wie die berühmten Fibonacci-Folge, wo jede Zahl ist die Summe der beiden Zahlen, die es vorangehen (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 und So weiter).

Sie können diese Art von Muster in den wunderschönen mittelalterlichen Mosaiken der Alhambra in Spanien, zum Beispiel sehen. Denken Sie an ein Badezimmerboden mit nur Fliesen in Form von Dreiecken, Quadraten oder Sechsecke mit Ziegeln zu decken. Es darf keine Lücken oder Kacheln überlappen, wodurch beispielsweise die fünf-Punkte-Symmetrie eines Pentagons einfach nicht funktioniert. Außer offensichtlich es kann, wenn gibt es eine Möglichkeit, die Lücken mit anderen atomaren Formen zu den ganzen Kram zu verkleben.

Quasikristalle wurden zuerst im Jahre 1982 von israelischen Physiker Daniel Schechtman (damals Technion-Israel Institute of Technology), entdeckt studierte eine Probe aus einer Aluminium-Mangan-Legierung unter dem Elektronenmikroskop und bemerkt, dass verräterische ungerade aperiodische Muster. "Eyn Chaya Kao ("Es kann noch keine solche Kreatur")," murmelte er vor sich auf Hebräisch. Doch es gab.

"Die Regeln der Kristallographie hatte seit 1820 herum gewesen," sagte Asimow Gizmodo. "So waren sie völlig unerwartet, als sie entdeckt wurden."

Armen Schechtman ertragen viel Spott seiner Kollegen – den Kopf seines Labors sarkastisch riet ihm, seine Kristallographie Lehrbuch nachzulesen – und wurde sogar gebeten, seine Forschungsgruppe an einer Stelle zu verlassen, aber er bekam das letzte Lachen. Seine Entdeckung löste eine Revolution in der Kristallographie und gewann 2011 den Nobelpreis für Chemie. Mehr als 100 verschiedene Arten von Quasikristallen auf wurden seitdem in Labors auf der ganzen Welt. Sie werden in Antihaft-Kochgeschirr, LED-Leuchten und chirurgische Instrumente, unter anderen Anwendungen verwendet.

Aber niemand hatte ein natürlich vorkommendes quasicrystal bis Princeton Physiker im 2007 Paul Steinhardt gestolpert, beim Kämmen durch Felsen Museumssammlungen. Er verfolgte ihn bis auf einen Meteoriten, der in den Bergen der Korjaken in Russland, sogar bilden eine Expedition dort landete um mehr quasicrystal Muster zu finden. Er kam zu dem Schluss, dass Quasikristalle buchstäblich aus dem Weltall kam.

Für Asimow erhöht diese erstaunliche finden zwei zentrale Fragen. Erstens, wie ist es sogar möglich für Quasikristalle bilden in der Natur? Und zweitens: Warum sind sie so wahnsinnig selten? Er bekam seine ersten Hinweis als Steinhardt erwähnte, dass er einige seltsamen Texturen (in Form von Eisen Metall Perlen) gefunden in den Körnern von Khatyrka Meteoriten. Er dachte, dass sie eine Menge Arten von Texturen aussahen, die Materialien während der Schock Kompression Experimente gegründet.

Schock-Komprimierung ist wenn Wissenschaftler Proben des Materials in einer speziellen Kammer Stahl und Feuer ein Projektil, unglaublich hohe Drücke zu unterwerfen. Es ist ein Mittel das Verhalten dieser Materialien in extremen Umgebungen zu erkunden.

Steinhardt Hypothese schien plausibel, da Wissenschaftler bereits festgestellt hatte, dass Khatyrka Meteoriten eine Art Schock Veranstaltung unterzogen hatte, lange bevor es auf die Erde fiel – höchstwahrscheinlich von einer Kollision mit einem anderen Objekt im Asteroidengürtel der Frühzeit unseres Sonnensystems. So Asimow eine Probe von Kupfer-Aluminium-Legierung nahm – ähnlich in der Zusammensetzung der Icosahedrite in Meteoriten gefunden – die Kammer gesteckt und mit einer Tantal-Kapsel, das Äquivalent von 200.000 Atmosphären zu produzieren schockiert.

"[W] e spekuliert, dass der Schock könnte die magische Zutat, die Sie brauchte, und es funktionierte das erste Mal wir es versuchten."

Und voila! Wenn er und seine Kollegen die Probe danach analysiert, sie beobachtet das verräterische Muster von einem Quasikristall – jetzt mit extra Eisen in Kupfer-Aluminium-Legierung.

"Wir wussten, dass der Meteorit hatte schockiert gewesen, wir vermuteten, dass der Schock die magische Zutat sein könnte, was, die Sie brauchten, und es funktionierte das erste Mal, das wir es versuchten," sagte Asimow. "Das suggeriert uns, dass es nicht so schwer [zu natürlich vorkommenden Quasikristalle] sein könnte, wenn Sie das Recht ab, Materialien und ein Schock über die richtige Stärke haben."

Seine Ergebnisse bieten einen grundlegenden Mechanismus, obwohl die genauen Details der genau wann der Quasikristalle bei Schock Verdichtung entstanden bisher nicht entdeckt zu werden. Wie warum es so selten ist schlägt Asimow, um Quasikristalle in freier Wildbahn zu finden ist es teilweise aufgrund der Seltenheit dieser Kupfer-Aluminium-Legierung. Es zeigt sich nicht in anderen Meteoriten, die bisher untersuchten, und diese sind zwei Metalle mit sehr unterschiedlichen chemischen Verhalten, die nicht normalerweise zusammen gefunden.

Aber das bedeutet nicht, dass andere solche Meteoriten nicht vorhanden sind. Die Raum-Felsen war früher ziemlich selten bis in die 1970er, aber jetzt Nummer in die Tausende, mit mehr gesammelt aller Zeiten. Die besten Plätze für Jagd Meteoriten sind Antarktis und der Sahara, wo die schwarzen Felsen bzw. leicht gegen den weißen Schnee und heller Sand auszumachen sind.

Asimow Feinabstimmung ist nun seine eigenen Experimente, teilweise um festzustellen, woher die Spuren von Eisen. Er hat bereits zwei weitere Experimente entfernen Sie mögliche Eisen Quellen in seinem ersten Experiment laufen – das wahrscheinlichste ist, dass Tantal-Kapsel. Er hat nicht noch die Daten analysiert, sondern voll erwartet, dass sie Form Quasikristalle scheitern. Und er werde führen zahlreiche Variationen auf seinem ursprünglichen Experiment zu über die genauen Bedingungen trainieren unter denen natürlich Quasikristalle bilden können.

Denn jetzt ist er froh, dass sein erste Versuch seine ersten Fragen beantwortet hat. "Es erklärt den Mechanismus für die Herstellung von natürlichen Quasikristalle, und warum wir keine anderen gefunden haben", sagte Asimow. "Wir haben ein einzigartiges Ausgangsmaterial und wir haben ein einzigartiges Umfeld." Jetzt ist das größte Geheimnis, warum gab es in dieser Meteorit in erster Linie Kupfer Aluminiumlegierungen."

[Proceedings of the National Academy of Sciences]