準晶體:勇敢者的追逐

2021-02-08 Nature自然科研

他們當時不知道的是，在幾百公裡之外，另一位材料科學家已經通過鋁錳合金的急冷凝固，獲得了一種前所未見的衍射圖。這位科學家便是Dan Shechtman，他當時就職於美國國家標準局（現為美國國家標準技術局）。這種衍射圖具有十次旋轉對稱性。Shechtman深感震驚，他在實驗簿上畫下了由10個點組成的同心圓，並在旁邊寫下「十次？？？」。他沒有意識到，他當時已經發現了第一個準晶體。2011年，Shechtman因此榮獲諾貝爾化學獎。

Steinhardt和Levine意識到了其中蘊含的意義，將其理論研究成果發表在《物理評論快報》上，為準晶體研究奠定了基礎（D. Levine and P. J. Steinhardt Phys. Rev. Lett. 53, 2477; 1984）。

現在，科學家們已經在實驗室內製作出了成百上千種具有不同對稱性的準晶體。準晶體的初步應用包括不粘鍋，這要得益於相應合金摩擦性低、硬度高和表面反應性低。經過小型準晶體顆粒硬化處理的鋼被用於針刺和手術用針、牙科器械和剃鬚刀刀片。除了金屬，科學家在其它材料中也發現了準晶體，包括聚合物和納米粒子混合物。計算機模擬顯示，準晶體應該具有更廣泛的存在。

上述所有這些準晶體都是人造的，Steinhardt開始對天然準晶體產生了好奇。1999年，Steinhardt（現就職於普林斯頓大學）開始了一般理論物理學家難以想像的探索之旅——尋找天然準晶體。這正是本書的真正核心所在。

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