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}