Les physiciens ont trouvé un quasi-cristal très rare dans un morceau de météorite tombé en Russie. La découverte est si rare que ce n'est que la troisième fois qu'un tel matériau est rencontré par des scientifiques dans la nature. Cependant, le caractère unique de ces cristaux n'est pas seulement dû à leur rareté. Le fait est qu'ils ont une structure symétrique si particulière que pendant des décennies la science a considéré leur existence "impossible".
Le nouveau quasi-cristal a été découvert par une équipe de géologues dirigée par Luca Bindi de l'Université de Florence (Italie). Les scientifiques ont examiné un morceau d'une météorite tombée dans le village russe de Khatyrka dans la région d'Anadyr de l'Okrug autonome de Tchoukotka en Russie il y a cinq ans et y ont trouvé un quasi-cristal de seulement quelques micromètres.
Il convient de noter qu'il s'agit déjà du troisième quasi-cristal découvert dans la même météorite, ce qui peut suggérer qu'il peut y avoir des structures encore plus étranges.
«La bonne nouvelle est que nous avons déjà trouvé trois types différents de quasi-cristaux dans la même météorite. Ce dernier a une structure chimique unique jamais vue auparavant dans les quasi-cristaux », explique Paul Steinhardt de l'Université de Princeton, l'un des scientifiques impliqués dans l'étude.
"Cela suggère que d'autres types de quasi-cristaux peuvent se cacher dans une météorite, comme dans la nature."
Les quasi-cristaux eux-mêmes ont une structure unique, caractérisée par une symétrie interdite par la cristallographie classique et la présence d'un ordre à longue distance. En d'autres termes, la symétrie des quasi-cristaux est présente à toutes les échelles, jusqu'à l'atome, démontrant ainsi une nouvelle organisation structurelle de la matière.
Les cristaux communs trouvés dans les mêmes flocons de neige, les diamants et le sel de table sont composés d'atomes qui forment une symétrie presque parfaite. Les polycristaux, trouvés dans la plupart des métaux, des roches, de la glace et des solides amorphes comme le verre, la cire et la plupart des plastiques, ont tendance à être plus chaotiques et désordonnés.
La présence dans la nature d'un autre type de structure atomique - une étrange forme semi-ordonnée de matière dans laquelle la structure atomique affichée a une symétrie ponctuelle - a été prouvée en 1982 par le physicien israélien Dan Shechtman.
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Lorsque Shechtman découvrit un quasi-cristal dans un échantillon d'un alliage d'aluminium qu'il avait créé en laboratoire, le scientifique n'en croyait pas au début ses yeux, se disant: "Cela ne peut pas être". Le scientifique a fait sa découverte en 1982. Au cours des décennies suivantes, il essaya à deux reprises de publier les résultats de ses travaux dans des revues scientifiques, mais il fut refusé. Les collègues ont littéralement ri du scientifique, ne croyant pas sa découverte. Finalement, l'article de Shekhtman a été publié sous une forme très abrégée et co-écrit avec d'autres scientifiques éminents. La raison de la méfiance, bien sûr, était que pendant plus de 200 ans, les quasi-cristaux étaient considérés comme quelque chose d'extrêmement incroyable. Leur symétrie supposée unique était considérée au-delà des règles traditionnelles de la cristallographie. Pourtant, Shechtman a remporté le prix Nobel de chimie 2011 pour son travail.
Il est intéressant de noter que les physiciens ont rencontré des quasi-cristaux bien avant leur découverte officielle. Les scientifiques les ont identifiés à tort comme des cristaux cubiques avec une grande constante de réseau (la taille d'une cellule unitaire cristalline). La cellule unitaire, en règle générale, peut être représentée par différentes formes, par exemple rectangulaire, cubique, triangulaire ou hexagonale, cependant, les quasi-cristaux ont une structure d'ordre apériodique - ils ont cinq côtés symétriques, formant des pentagones, qui, à leur tour, créent une symétrie icosaédrique.
Patricia Thiel, chercheuse principale au US Department of Energy Ames Laboratory, donne l'exemple suivant:
«Disons que vous voulez recouvrir votre sol de carreaux de mosaïque. Le carreau a des lignes droites parfaites. Il peut être rectangulaire, triangulaire, carré ou hexagonal. Toutes ces formes peuvent être ajoutées ensemble. Aucune autre forme simple ne peut être pliée, car des espaces et des espaces resteront. Les quasi-cristaux sont comme des carreaux pentagonaux. Ils ne peuvent pas se connecter comme des triangles et des carrés. Cependant, dans une telle structure, les lacunes sont remplies d'atomes d'autres substances, ce qui se traduit, par exemple, par ces formes :
Et voici une image de la structure d'un quasi-cristal nouvellement découvert avec une symétrie de cinquième ordre:
Malgré le fait que les quasi-cristaux sont très rares dans la nature (du moins sur Terre), ils sont très faciles à créer en laboratoire. À l'heure actuelle, les quasi-cristaux synthétiques sont utilisés dans presque tout, de la production de casseroles à la production de lampes LED.
Lorsque les scientifiques ont étudié la composition du nouveau quasi-cristal, ils ont confirmé qu'il était composé d'une combinaison d'atomes d'aluminium, de cuivre et de fer, combinés sous des formes pentagonales, comme celles que l'on trouve, par exemple, sur les ballons de football. Dans la nature, une telle composition de quasi-cristaux a été découverte pour la première fois. Cependant, la recherche permet n
NIKOLAY KHIZHNYAK
