Ett team av internationella forskare har upptäckt en ny typ av strukturell anomali, eller defekt, som kan förekomma i kvasikristaller, ett unikt material med vissa kristallliknande egenskaper men en mer komplex struktur.

Pat Thiel, senior kemist vid det amerikanska energidepartementets Ames Laboratory, ledde det internationella laget, som inkluderar forskare från Institut Jean Lamour vid Nancy-Université i Frankrike.

I kristaller, en "defekt" hänvisar till varje avvikelse från perfekt strukturell symmetri. Även om termen antyder en oönskad kvalitet, inte alla defekter är dåliga; många styr eller påverkar viktiga materialegenskaper, såsom kemisk renhet, mekanisk styrka, ledningsförmåga, Färg, korrosivitet eller ytegenskaper. rubiner, till exempel, är röda på grund av en defekt som förvandlar en annars icke-beskrivande kristall till en värdefull pärla.

Kvasikristaller var redan kända för att ha en typ av defekt som kallas en fasonflip, som kan bildas på ytan. Den nya defekttypen upptäcktes efter att forskare observerat mystiska områden i nanostorlek på kvasikristallytor. Till skillnad från fasflip, dock, den nya defekttypen sträcker sig bortom ytområdet och in i huvuddelen av kvasikristallen.

"Kvasikristaller är så fascinerande material - de verkar alltid uppvisa egenskaper som är oväntade, börjar med själva existensen, sa Thiel, som också är Iowa State Universitys John D. Corbett Distinguished Professor of Chemistry.

Det var inte förrän 1982, faktiskt, när Dan Shechtman observerade det till synes omöjliga – ett väldefinierat men icke-repeterande arrangemang av atomer under sitt elektronmikroskop – att kvasikristaller befanns existera. Det tog ännu längre tid för forskarsamhället att acceptera deras existens. Shechtman, en materialvetare med Ames Lab, Iowa State University och Technion-Israel Institute of Technology, vann Nobelpriset i kemi 2011 för sin upptäckt.

Den senaste upptäckten av den nya defekttypen visar att kvasikristaller fortfarande ger överraskningar. Även om nanodomändefekten inte alltid är närvarande – den inträffar bara under vissa omständigheter för att hjälpa till att balansera konkurrerande energifrågor – gör dess bildning vid dessa tillfällen det möjligt att exponera ytor som är rika på övergångsmetaller med högre energi än den förväntade lägre energinivån i aluminium. rika ytor.

Eftersom nanostrukturer är lovande för användning i en rad applikationer, från medicin till elektronik, Att förstå sambandet mellan yt- och bulkdefekter i material kan ge större insikter om varför nanostrukturer ofta är ovanligt starka.

"Det är redan känt att i nanotrådar, deras styrka är relaterad till det faktum att ytan kan "radera" bulkdefekterna, ", sa Thiel. "Men så småningom under extrema förhållanden kan även en nanotråd misslyckas, och ytan verkar spela en roll i den händelsen också. Så förhållandet mellan yt- och bulkdefekter är verkligen mycket viktigt."