Giả tinh thể là gì?

Giả tinh thể (quasicrystal) là một dạng tồn tại khác biệt của chất rắn, trong đó các nguyên tử sắp xếp dường như đều đặn nhưng không có sự lặp lại cũng không có sự đối xứng tịnh tiến đặc trưng của những tinh thể đích thực, một dạng cấu trúc "hầu như tuần hoàn".

Có thể hình dung trong không gian hai chiều, nếu ta trượt một bản sao chính xác của cấu trúc giả tinh thể trên chính nó thì sẽ không có sự ăn khớp hoàn toàn như đối với cấu trúc tinh thể, tuy nhiên nếu ta quay bản sao đó thì thường sẽ có sự ăn khớp.

Minh họa một giả tinh thể

Trong toán học đã có một số hàm có tính chất “hầu như tuần hoàn” và cơ sở toán học của “sự mất tuần hoàn” này được chỉ ra vào năm 1933 bởi Harald Bohr (anh em của Niels Bohr). Các hàm bán tuần hoàn là một tập con của những hàm gần như tuần hoàn, theo đó, giả tinh thể được mô tả lần đầu tiên, năm 1974, bằng toán học bởi viện sĩ hàn lâm Anh quốc Roger Penrose với tên gọi ngói Penrose nổi tiếng.

Hình ảnh xây dựng lại của cấu trúc nửa tuần hoàn tại Madrasa al’ Attarin (1323), Fez, Morocco.

Khoảng mười năm sau đó, năm 1982, Dan Shechtman thuộc Viện Công nghệ Technion ở Israel đã chứng minh rằng vị trí của các nguyên tử trong một hợp kim có một cấu trúc giả tinh thể, nó có trật tự nhưng không có cấu trúc tuần hoàn. Kể từ đó, hàng trăm giả tinh thể khác nhau đã được phát hiện ra trong tự nhiên. Dan Shechtman phải chiến đấu một chiến khốc liệt chống lại các tư tưởng khoa học hiện thời và về cơ bản đã làm thay đổi nhận thức của các nhà hóa học về cấu trúc chất rắn.

Và Shechtman đã nhận được giải Nobel Hóa học năm 2011 cho phát hiện về giả tinh thể của mình.

Trong thông cáo trao giải, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển phát biểu rằng Shechtman “phải đấu tranh trong một trận chiến ác liệt chống lại nền khoa học đã xác lập” để kết quả của ông được chấp nhận vì “cấu hình tìm thấy ở các giả tinh thể được xem là không thể”.

Mô hình nguyên từ của giả tin thể Ag-Al. Ảnh Wiki

Các giả tinh thể đã dẫn tới những khám phá quan trọng trong những lĩnh vực đa dạng như khoa học nano và hóa học siêu phân tử. Các “siêu chất liệu” quang lượng tử xây dựng trên các bán tinh thể có thể một ngày nào đó còn thay thế cho những dụng cụ bán dẫn để tạo ra những mạch toàn-quang dùng cho viễn thông và công nghệ thông tin.

Cấu trúc chặt chẽ của giả tinh thể có khả năng làm cứng các vật chất và có thể áp dụng vào sản xuất các sản phẩm tiêu dùng như chảo chiên và các máy móc như động cơ diesel chịu nhiệt cao, áo giáp.

Trần Triệu Phú - Thuvienvatly.com