квазикристалл
КВАЗИКРИСТАЛЛ (от лат. quasi — нечто вроде, как будто и кристалл)
особый тип упаковки атомов в твердом веществе, характеризующийся икосаэдрической (т. е. с осями 5-го порядка) симметрией, дальним ориентационным порядком и отсутствием трансляционной симметрии, присущей обычному кристаллическому состоянию. Квазикристалл им. упаковка атомов была открыта в быстро охлажденном металлическом сплаве Al6Mn (1984) и затем обнаружена в системах Al-Fe, Ni-Ti и др. Обычные кристаллы обладают трехмерной периодичностью в расположении атомов, исключающей возможность существования осей симметрии 5-го порядка. В аморфном (стеклообразном) состоянии возможны локальные группировки атомов с икосаэдрич. симметрией, но во всем объеме аморфного тела нет дальнего порядка в расположении атомов — ни трансляционного, ни ориентационного. К. может рассматриваться как промежут. тип упорядоченности атомов между истинно кристаллическим и стеклообразным. Двухмерной моделью К. являются упаковки ("паркеты") ромбов с углом при вершине 360°/5 = 72° с осями симметрии 5-го порядка: при этом промежутки заполняются другими ромбами с углом при вершине 360°/10=36° (узор Пенроза, рис. 1); совокупности этих ромбов дают равновеликие десятиугольники. Угловая ориентация всех элементов паркета повторяется на всей плоскости — это и есть дальний ориснтационный порядок, но истинного трансляционного дальнего порядка нет (хотя есть приблизительная периодичность вдоль некоторых направлений).
Рис. 1. Двухмерная модель квазикристалла (выделены десятиугольники).
Рис. 2. Элементы структуры квазикристалла из пяти тетраэдров: фрагмент икосаэдра (а), 32 — вершинник триаконтаэдр (6).
Упаковка атомов в трехмерном пространстве К. может быть описана на основе многогранников, содержащих оси 5-го порядка, или фрагментов таких многогранников. На рис. 2,а показан характерный для К. фрагмент икосаэдра (12-вершинника-двадцатигранника с точечной симметрией 53m), состоящий из 5 тетраэдров. Чтобы 6 вершинных атомов и центральный атом образовали плотную упаковку, радиус центрального атома должен быть несколько меньше, чем у вторичного атома; напр., в Al6Mn атомный радиус Mn-0,130 нм, Al-0,143 нм. Фрагментами атомной структуры К. могут быть также трехмерные аналоги узоров Пенроза — острый и тупой ромбоэдры с углами при вершинах 63,43° и 116,57°, из которых можно сложить полиэдр — триаконтаэдр с симметрией 53m, имеющий 32 вершины (рис. 2,6). В упаковке атомов в К. могут наблюдаться нарушения, аналогичные дислокациям (см. дефекты). К. типа Al6Mn можно рассматривать как метастабильные фазы. Однако существует структура К. типа сплава Al-Li-Cu-Mn, получаемая при медленном охлаждении расплава, которая является, по-видимому, равновесной. В настоящее время развиваются физ. теории квазикристаллич. состояния.
Лит.: Маккей А.Л., "Кристаллография", 1981, т. 26, в. 5, с. 910–19; Нельсон Д. Р., "В мире науки", 1986, № 10, 19–28; Levine D., Steinhardt P. J., "Rhys. Rev." ser. В., 1986, v. 34, № 2, p. 596–616.
Б. К. Вайништейн
Химическая энциклопедия