Цивилизация
Учёные нашли во фрагментах пород, собранных на Корякском нагорье, естественные квазикристаллы размером до 200 микрон. Они состоят из атомов железа, меди и алюминия и имеют сложную – регулярную, но не строго периодическую – структуру, с несколькими (до шести штук) осями пятого порядка. До сих пор квазикристаллы получали лишь в лаборатории, а какой геологический процесс приводит к их формированию в естественных условиях, осталось непонятным и после нынешнего открытия.
Учёные из Италии и США под руководством знаменитого принстонского теоретика Пола Стейнхардта, известного своими работами в космологии, попробовали искать квазикристаллы в минералах, состоящих из тех же элементов, которые входят в состав лабораторных квазикристаллов. Среди образцов, в частности, были небольшие камушки из коллекции флорентийского университетского Музея естественной истории, в которых содержались крайне редкие минералы купалит и хатыркит. Последний до сих пор встретился учёным лишь в одном месте – в триасовых вулканических породах из района Лиственитового ручья на российском Корякском нагорье, которое спускается к побережью Берингова моря между Камчаткой и Анадырским заливом.
Анализ брэгговской картины рентгеновской дифракции на некоторых включениях выявил наличие пятилучевой симметрии в расположении атомов (см. фото). Дальнейшие исследования показали, что в атомную решётку входят атомы Fe, Cu и Al, которые, по сути, в естественных условиях реализуют одну из мозаик, или мощений Пенроуза (на ограниченной поверхности). Работа учёных опубликована в последнем номере Science.
Решётка с пятилучевой симметрией не может быть строго периодической: ещё в XIX веке была доказана теорема, согласно которой плоскость можно покрыть периодическим узором из элементов с осевой симметрией порядков n=2, 3, 4 и 6. Тем не менее, 5-, 7- и даже 12-лучевая симметрия может быть реализована объединением двух регулярных структур, периоды которых находятся в иррациональном отношении (то есть не могут быть выражены отношением двух целых чисел). Например, для формирования обнаруженной Стейнхардтом и его коллегами пятилучевой структуры, периоды двух компонент должны находиться в отношении «золотого сечения».
Первый из примерно сотни квазикристаллов, созданных к настоящему моменту, удалось получить в лаборатории лишь 25 лет назад, а до этого их существование считали вовсе невозможным. До сегодняшнего дня большинство учёных так же ошибочно полагали, что в естественных условиях они точно не образуются. Если станет ясно, какой геологический процесс привёл к их формированию, специалисты постараются приспособить его условия к получению квазикристаллов в лаборатории: искусственные квазикристаллы применяются в технике для покрытия поверхностей.
