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数学や化学だけでなく、アートやデザイン分野でも役に立つ?単一成分から構成されている新しいタイプの準結晶を発見

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本記事は、Researchers Discover A New Type Of Quasicrystal Made of A Single Component
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約1分56秒

・科学者たちは1980年代以前は不可能と考えられていた結晶の変異タイプを発見しました。

・単一成分から自己組織化する新しいタイプの準結晶です。

 

準結晶は特別な物体です。秩序あるパターンで構成されていますが、結晶とは異なり、それらのパターンは繰り返しではありません。準結晶パターンは連続的に自遊空間を埋めることができますが、並進対称性が欠如しています。

 

これらの特異な結晶タイプは、1980年代にイスラエルの科学者ダン・シェヒトマンによってはじめて発見されました。彼は2011年にノーベル科学賞を受賞しています。

 

結晶は一般的に3回対称(3角形の繰り返しで形成)または、4回対称(立方体の繰り返しで形成)されています。また、2~6回対称で構成もされてるものもありますが、珍しいケースです。一方で、準結晶はエキゾチックな5,10,12対称性を持っています。

 

現在、ブラウンの研究者たちは、単一成分から自己組織化する新しいタイプの結晶を発見しました。1つのナノ粒子構成要素から出現した準結晶の超格子を観察したのは初めてとなります。この発見は、これらの不思議な構造の実態を理解するのに役立つでしょう。

 

自己組織化ナノ粒子

単一準結晶超格子はコンピューターシュミレーションで描くことができましたが、今まで実演されたことはありませんでした。研究チームは準結晶の調査に乗り出すことがなかったのです。彼らは、ナノ粒子で作られた上部構造を開発することでマクロスケールとナノスケール間の差を埋めようとしただけでした。

 

2年前、研究者たちは新しいナノ粒子構成要素のクラスである、ピラミッド型(四面体)の量子ドットを開発しました。より屈強で複雑な構成を作り、それらの性質は、それらのお互いに関係している標定に依存しています。つまりそれらは、異方性があります。

 

この量子ドットを利用することで、研究者たちはナノ粒子が固形基盤と相互作用している最も複雑な上部構造の1つを証明しました。その時、彼らはナノ粒子を液体基板で実験することを決め、意外なことにこれらの粒子が準結晶格子状に集まっていることが発見されました。

 

研究者たちは、透過型電子顕微鏡を用いて、このナノ粒子が10面体の不連続な形状(デカゴン)に組織化され、それらが互いに結合して10回の回転対称性をもつ超格子を形成していることを示しました。この対称性のタイプは従来の結晶では不可能です。

 

 

限られたスペースに合わせて、ナノ粒子十角形は、角を変更できます。5、6、7、8、9の多角形に変形することができます。研究者たちは沢山の準結晶はこの柔軟性のある多角形タイリングシステムで開発できると考えています。

 

どのように役立つのでしょうか?

異なる観察から、研究者たちは準結晶をつくるのに新しいルールを作りました。それを柔軟性多角タイリイング規則と呼んでいます。準結晶構成の研究に役立つようになるでしょう。

 

 

 

最初に発見された準結晶はアルミニウムの合金のような金属の合金でした。それらは、手術器具の錆止めやフライパン用の焦付き防止コーティングに利用されています。

 

この新たに発見された準結晶は広く応用できます。この発見は、数学、化学、材料科学、デザインやアートまでの領域で役立つものです。

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