Физики заподозрили существование новой формы твердого вещества

Электронная микрофотография q-стекла
Изображение: Bendersky/NIST

Французско-американская группа физиков обнаружила, что поведение охлажденного сплава алюминия, железа и кремния одновременно напоминает поведение кристаллов и стекол, но не является ни тем ни другим, ни даже квазикристаллом. Новую высокоупорядоченную форму вещества ученые назвали q-стеклом, ее описание опубликовано в журнале Physical Review Letters. Кратко об открытии пишет сайт американского национального института стандартизации NIST.

Кристаллами называют твердые тела, расположение атомов в которых подчинено определенной симметрии. Например, при сдвиге нескольких атомов вдоль линий кристаллической решетки на определенное расстояние их положение должно совпадать — это называется трансляционной симметрией. Если совпадение наблюдается не при смещении, а посредством поворота, такая симметрия называется вращательной.

Кристаллы всегда обладают трансляционной симметрией (иногда и вращательной), квазикристаллы — только вращательной. Стеклами называют вещества, атомы которых совершенно не упорядочены и не обладают никаким типом симметрии. При этом с точки зрения кристаллографии стеклами являются не только привычные тела из оксида кремния, но и, например, полученные резким охлаждением металлические стекла.

Поведение сплава, изученного авторами, похоже на стекло тем, что его атомы не обладают никаким типом симметрии, однако являются при этом высоко упорядоченными. При затвердевании каждый новый атом такого тела «знает» свое положение, и даже выталкивает остальные — точно так же растут кристаллы. Тем не менее, при таком росте не формируется дальнего порядка. В этом смысле такой тип вещества напоминает так называемых цыплят Пенроуза - геометрическую фигуру, которая может быть уложена в узор, упорядоченный с каждым новым слоем но никогда не повторяющийся.

Новый тип твердого вещества получил название q-стекла. По словам авторов, ранее возможность существования такой геометрии тела была предсказан математически, однако до сих пор о реальных подобных веществах ничего не было известно.