Бараг бүтцийн тодорхойлолт. Квазикристалууд. Яаж бодисыг ийм нягт савлаж болдог юм бэ?
0Курсын ажил
Квазикристалууд
Санкт-Петербург
2012
Агуулга
1. Танилцуулга............................................... ................................................... ...... ... 2
2.Бага талстуудын бүтэц................................................ ....... ........................... 5
2.1 Квазикристаллуудын төрөл, тэдгээрийг бэлтгэх арга...................................... ............ 5
2.2 Бүтэцийг дүрслэх аргууд...................................... ......... ................... 8
3. Электрон спектр ба бүтцийн тогтвортой байдал................................... 14
4. Торны өдөөлт................................................. ...... ........................... 17
5. Квази талстуудын физик шинж чанар...................................... ...... .... 20
5.1 Оптик шинж чанар................................................. ................................................... 20
5.2 Хэт дамжуулалт................................................ ... ........................... 21
5.3 Соронзон байдал................................................ ... ................................................... 23
5.4 Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр............................................. .... ................................ 26
5.5 Механик ба гадаргуугийн шинж чанар................................................ ....... 28
6. Практик хэрэглээ................................................. ...... ........................... 29
7. Дүгнэлт.................................................. .... ................................................. 31
8. Өргөдөл.................................................. ...................... ................................................ ... 32
Ном зүй
2
1. Танилцуулга
Үе үе эмх цэгцтэй талстуудын болор торны тэгш хэм нь тэдгээрийн атомуудын байрлалын үечлэл дээр суурилдаг - талст торыг үүсгэгч гол вектор руу параллель шилжүүлэг эсвэл хөрвүүлэлт нь торыг өөрөө өөрчилдөг. Нэгж эсийн үндсэн торны вектор руу орчуулах нь нягт, i.e. цоорхой, давхцалгүйгээр бүхэл бүтэн орон зайг дүүргэж, улмаар болор торыг барина. Орчуулгын тэгш хэмээс гадна болор тор нь эргэлтийн болон тусгалын тэгш хэмтэй байж болно. Орчуулгын тэгш хэм нь болор торны тэгш хэмийн тэнхлэгүүдийн боломжит дараалалд хязгаарлалт тавьдаг. Үе үе дараалсан талстууд нь хоёр, гурав, дөрөв, зургаа дахь дарааллын тэгш хэмийн тэнхлэгтэй байж болно. Тав дахь эрэмбийн тэгш хэмийн тэнхлэгүүдийн эргэн тойрон дахь эргэлт ба зургаагаас дээш эрэмбийн аль ч дараалал нь болор торыг өөрчилдөггүй тул талстуудад ийм тэгш хэмийн тэнхлэгүүдийг ашиглахыг хориглоно.
Алсын зайн атомын дараалал оршин тогтнохын тулд үе үе байх нь зайлшгүй нөхцөл биш гэдгийг одоо сайн мэдэж байна. Квази талстууд нь хагас үечилсэн хэлбэрийн хатуу урт хугацааны дараалалтай байдаг. Квазикристалууд нь тэгш хэмийн тэнхлэгүүдийн боломжит дарааллыг хязгаарладаг орчуулгын тэгш хэмтэй байдаггүй тул ердийн үе үе эрэмблэгдсэн талстуудад хориотой эрэмбийн тэгш хэмийн тэнхлэгтэй байж болно. Энэ нөхцөл байдлыг хоёр хэмжээст квазикристалын торны загвар болох "Пенроуз паркет"-ийн жишээн дээр харуулъя. Хэсэг талст торыг барихад хоёр ба түүнээс дээш төрлийн бүтцийн блокууд шаардлагатай тул нэгж эсийн тухай ойлголт нь квазиталстыг энгийн байдлаар нэгтгэхийг зөвшөөрдөггүй гэдгийг анхаарна уу. Penrose паркет нь π/5 ба 2π/5 оройн хурц өнцөг бүхий нарийн ба өргөн ромбус гэсэн хоёр өөр бүтцийн блокоос бүрдэнэ. Нийтлэг оройтой таван өргөн ромбоос эхлэн эдгээр хоёр ромбоор паркет тавих нь тодорхой дүрмийн дагуу хавтгайг завсар, давхцалгүйгээр хагас үечилсэн хучихад хүргэдэг. Пенроузын паркетан нь нэг цэгтэй бөгөөд эргэн тойронд нь 2π/5 өнцгөөр эргэлдэж, торыг өөрөө өөрчилдөг бөгөөд энэ нь тавдугаар эрэмбийн тэгш хэмийн тэнхлэгт яг тохирч байна. Нэмж дурдахад, Penrose паркет нь π / 5 өнцгөөр эргүүлэх нь сараалж руу хүргэдэг гэсэн утгаараа арав дахь эрэмбийн эргэлтийн тэгш хэмтэй байдаг, анхныхаас ялгаа нь статистикийн хувьд ач холбогдолгүй байдаг - жишээлбэл, дифракцийн туршилтаар ийм сараалжуудыг ялгах боломжгүй байдаг. Пенроузын паркетантай ижил төстэй байдлаар гурван хэмжээст тохиолдолд бараг талст торыг барьж болно. Ийм торны нэг жишээ бол Амман-Макай сүлжээ бөгөөд икосаэдр тэгш хэмтэй бөгөөд оройн хэсэгт нь тодорхой өнцөг бүхий сунасан ба ташуу хэлбэртэй ромбоэдрүүдээр тодорхой дүрмийн дагуу орон зайг нягт дүүргэдэг.
Икосаэдр тэгш хэмтэй апериод урт хугацааны атомын дарааллыг Шехтман, Блех, Гратиа, Кан нар анх нээсэн бөгөөд тэд 1984 онд электроны дифракцийн ер бусын хэв маягийг хурдан ажигласан тухай мэдээлсэн.
3
хөргөсөн хайлш A186Mn14. Нэгдүгээрт, талст бус хэлбэрийн урт хугацааны дараалал ажиглагдаж байв - үе үе дараалалд үл нийцэх арав дахь тэгш хэмийн тэнхлэгийн дэргэд хурц Браггийн оргилууд. Хоёрдугаарт, дифракцийн цэгүүдийн эрчим нь үе үе эмх цэгцтэй талстуудын адил дифракцийн хэв маягийн төвөөс холдох тусам буурдаггүй. Гуравдугаарт, дифракцийн хэв маягийн төвөөс түүний зах хүртэлх тусгалын дарааллыг авч үзэхэд тусгалын хоорондох зай нь τ = (√ + 1)/2 - алтан хэсэг () тооны хүчээр хамааралтай болох нь тогтоогджээ. хавсралтыг үзнэ үү). Дөрөвдүгээрт, хэрэв үе үе эрэмбэлэгдсэн болорын Браггийн тусгалыг гурван Миллерийн индексээр индексжүүлсэн бол A186Mn14 хайлшийн дифракцийн хэв маягийн тодорхойлолтод зургаан индекс шаардлагатай болно. Кристаллографийн янз бүрийн чиглэлийн дагуу олж авсан дифракцийн хэв маягийн бүрэн дүн шинжилгээ нь тав дахь дарааллын зургаан тэгш хэмийн тэнхлэг, гурав дахь дарааллын арван тэгш хэмийн тэнхлэг, хоёрдугаар дарааллын арван таван тэгш хэмийн тэнхлэг байгааг харуулсан. Энэ нь A186Mn14 хайлшийн бүтэц нь ̅ ̅ цэгийн тэгш хэмийн бүлэгтэй гэсэн дүгнэлтэд хүрэх боломжийг бидэнд олгосон. икосаэдрон бүлэг.
Икосаэдр тэгш хэмтэй бүтцийн дифракцийн загварт Браггийн оргилууд байгаагийн онолын үндэслэлийг Левин, Штайнхардт нар өгсөн. Тэд тооны иррациональ харьцаатай хоёр энгийн эс дээр тулгуурлан квазикристалын загварыг бүтээж, икосаэдр тэгш хэмтэй апериод багцын дифракцийн загвар нь эрчимтэй харилцан уялдаатай нягт уялдаатай орон зайн зангилааны Брэггийн тусгалтай болохыг харуулсан. A186Mn14 хайлшаар олж авсан . Бараг талст бүтэц нь орон зайг хоосон зайгүй, давхцалгүйгээр хэд хэдэн бүтцийн нэгжээр тохирох хээтэй атомын чимэглэлээр барьж байгуулж болно. Квази талст бүтцийг бий болгох ижил төстэй арга нь тодорхой дүрмийн дагуу давхцаж, ижил төрлийн атомын бөөгнөрөл бүхий орон зайг үе үе савлахаас бүрддэг - хагас эсийн арга. Квазикристалл бүтэц нь металлын хайлшаар хийгддэг бөгөөд жинхэнэ талстууд нь ихэвчлэн төгс бус, i.e. согогтой, үндсэн төлөвт төгс хагас талст бүтцийг хэрэгжүүлэх. Квазикристал бүтэц нь энергийн хувьд бусад бүтэцтэй ойролцоо бөгөөд бэлтгэл, дулааны боловсруулалт, найрлагаас хамааран квазикристал нь өөрийн өвөрмөц статик гажуудал - фазонгүй ч гэсэн төгс хагас талст төлөвт, эсвэл микрокристалл төлөвт байж болно. 102 Å дарааллын уялдаа холбоо ба нийт псевдо-икосахэдр тэгш хэм.
"Апериодын болор" гэсэн нэр томъёог Шредингер генийн бүтцийн талаархи хэлэлцүүлэгтэй холбогдуулан нэвтрүүлсэн. Хатуу биетийн физикт квазикристалуудыг нээхээс өмнө ердийн талст тэгш хэмтэй байрлалтай, гэхдээ хиймэл дагуулын тусгалаар хүрээлэгдсэн Брэггийн максимуудыг агуулсан дифракцийн загвар нь модуляцлагдсан бүтэцтэй, харилцан адилгүй модуляцлагдсан фазууд болон нийлмэл талстуудыг судалсан. Мөн комплекс бүхий хайлшуудад икосаэдр богино зайн дараалал байдгийг мэддэг байсан
4
бүтэц, металл шилэнд, хоорондоо холбогдсон В12 икосаэдр агуулсан борын нэгдлүүд, (B12H12)2-анионууд, шүлтлэг ба үнэт металлын бөөгнөрөл болон өнөөдөр хагас талстуудын үечилсэн ойролцоолсон металл хоорондын нэгдлүүд.
Брэдли, Голдшмидт нар 1939 онд Al-Cu-Fe гурвалсан систем дэх удаан хөргөлттэй хайлшийг рентген туяаны дифракцийн шинжилгээгээр судалж, 1939 онд үл мэдэгдэх бүтэцтэй Al6Cu2Fe найрлагатай гурвалсан нэгдэл байгааг мэдээлсэн бөгөөд 1971 онд ψ фаз гэж нэрлэжээ. Преварский Al -Cu-Fe систем дэх фазын тэнцвэрт байдлыг судалж, ψ фаз нь нэг төрлийн ач холбогдолгүй мужтай бөгөөд 800 ° C температурт энэ гурвалсан системд байдаг цорын ганц гурвалсан фаз болохыг харуулсан. 1987 онд Цай болон хамтран зохиогчид ψ фазын найрлагатай ойролцоо найрлагатай хайлш нь термодинамикийн хувьд тогтвортой икосаэдр квазикристалл болохыг харуулсан. 1955 онд Харди, Силкок нар Аль-Ку-Ли системийн үе шатыг нээсэн бөгөөд үүнийг T2 үе гэж нэрлэсэн бөгөөд дифракцийн хэв маягийг индексжүүлэх боломжгүй байв. Энэ фазын найрлага нь Al6CuLi3-тай ойролцоо бөгөөд икосаэдр Al-Cu-Li үе шаттай тохирч байна. 1978 онд Састри болон хамтран ажиллагчид Al-Pd системд псевдопентагональ тэгш хэмтэй дифракцийн хэв маягийг ажигласан. Хожим нь энэ системд арван өнцөгт квазиталст фазыг илрүүлсэн. 1982 онд Падежнова болон хамтран зохиогчид Y-Mg-Zn системд R үе шат байгаа тухай мэдээлсэн бөгөөд тэдгээрийн нунтаг рентген туяаны дифракцийн загварыг тайлаагүй; Дараа нь Луо болон хамтран ажиллагсад энэ үе шат нь икосаэдр бүтэцтэй болохыг харуулсан.
Бараг талст хайлш нь шилжилтийн атомууд, үнэт эсвэл газрын ховор металлуудыг агуулдаг нь богино зайн атомын дарааллын талст химийн шинж чанарыг тодорхойлдог нь анхаарал татаж байна. Харьцангуй нарийн концентрацийн мужид тэнцвэрийн фазын диаграммд олон талст фазууд байдаг. Квазиталстуудын тэнцвэрт термодинамик, тээвэрлэлт, соронзон ба механик шинж чанарууд, тэдгээрийн нэг бөөмс ба хамтын өдөөлтүүдийн спектрүүд нь найрлагын хувьд тэдэнтэй төстэй талст ба аморф фазынхаас ялгаатай. Квазикристаллуудын өвөрмөц шинж чанарууд нь урт хугацааны дараалал ба орон нутгийн атомын бүтцээр тодорхойлогддог. Металл элементийн хайлш болох квазикристалууд нь энгийн металл, тусгаарлагч эсвэл хагас дамжуулагч биш юм. Тусгаарлагчаас ялгаатай нь бараг талст дахь Ферми n() түвшний электрон төлөвийн нягт нь тэг биш боловч ердийн металлынхаас бага байна. Квазикристалын электрон спектрийн онцлог шинж чанарууд нь Ферми түвшний электрон төлөвийн нягтын псевдогап ба тэдгээрийн физик шинж чанарт тусгагдсан n (E) нимгэн оргил бүтэц юм.
5
2. Квази талстуудын бүтэц
2.1 Квазикристаллуудын төрөл, тэдгээрийг бэлтгэх арга
Икосаэдр квазиталстуудаас гадна өөр чиг баримжаатай тэгш хэмтэй квазикристалууд байдаг. Тэнхлэгийн бараг талстууд нь найм, арав, арван хоёрдугаар эрэмбийн эргэлтийн тэгш хэмийн тэнхлэгүүд байгааг харуулсан бөгөөд тус бүр нь найман өнцөгт, арван өнцөгт, хоёр талт фаз гэж нэрлэгддэг. Эдгээр үе шатууд нь найм, арав, арван хоёрдугаар эрэмбийн тэгш хэмийн тэнхлэгт перпендикуляр хавтгайд атомуудын хагас үечилсэн зохион байгуулалттай байдаг. Эдгээр тэнхлэгийн дагуух хагас үечилсэн онгоцууд нь үе үе савлагдсан байдаг.
Удалгүй илрүүлсэн Al-Mn хайлш болон бусад талст талст фазууд нь метаставтай болсон - халах үед тэд үе үе дараалсан төлөвт шилждэг. Тэдгээрийг хурдан хайлмал унтраах эсвэл бусад чамин аргаар олж авч болно. Метастат квазиталстууд нь өндөр зэргийн эмгэгтэй байсан нь физик шинж чанарт хагас үечилсэн байдлын нөлөөллийн судалгааг төвөгтэй болгосон. Метастабил фазын дээжээс олж авсан үр дүн нь физик шинж чанараараа ийм квазикристалууд эмх замбараагүй металлуудтай ойрхон байгааг харуулж байна. Икосаэдр Al-Cu-Li үе шатыг нээсэн нь квазикристалууд нь наад зах нь орон нутгийн хэмжээнд тогтвортой байж, бараг тэнцвэртэй нөхцөлд өсөж чаддаг болохыг харуулсан. Үүний зэрэгцээ, энэ болон бусад олон талст фазын дифракцийн хэв маягт дүн шинжилгээ хийх нь тэдгээрийн бүтцийн тодорхой согогууд - фазонууд байгааг харуулсан. Фазонууд нь квазиталст бүтцийн салшгүй шинж чанар гэж үздэг.
Аль-Cu-Fe, Al-Cu-Ru, Al-Cu-Os гурвалсан системд термодинамикийн тогтвортой фазууд нээгдсэний дараа талст бүтэцтэй хатуу биетүүдийн шинж чанарыг туршилтаар судлах шинэ боломжууд гарч ирэв. төвлөрсөн икосаэдр (FCI) бүтэц, үүнд фазын гажуудал байхгүй. Эдгээр үе шатууд дээр хийгдсэн хамгийн анхны туршилтууд нь квазиталстыг шилний шинж чанар, үе үе эрэмблэгдсэн талстуудын шинж чанарыг хослуулсан хатуу биетүүдийн тусдаа бөгөөд маш ер бусын ангилалд оруулах ёстойг харуулсан. Судалгааны нэг сонирхолтой объект бол Аль-Мн-Пд гурвалсан систем дэх термодинамикийн тогтвортой HZI фаз байсан бөгөөд Браггийн оргилууд нь бүтцийн согогоор өргөсдөггүй. A1-Mn-Pd гурвалсан систем дэх фазын тэнцвэрт байдал нь стандарт аргуудыг ашиглан икосаэдр фазын нэг талстыг ургуулах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь энэ фазын бүтэц, түүний шинж чанарын талаар нарийвчилсан судалгаа хийх боломжтой болсон. Икосаэдр фазын Al-Mn-Pd-ийн нэг талстуудын бүтцийн өндөр түвшний төгс байдлыг Борман эффект буюу рентген туяаны хэвийн бус дамжуулалтыг ажигласнаар нотолсон.
Өнөөдрийг хүртэл хөнгөн цагаан, галли, зэс, кадми, никель, титан, тантал болон бусад элементүүдэд суурилсан бараг талстууд үүсдэг зуу гаруй системийг нээсэн. Өмнө дурьдсанчлан, термодинамикийн хувьд тогтвортой икосаэдр фазыг хатууруулах хэвийн нөхцөлд авч болно. Квазикристалыг мөн нийлэгжүүлж болно
6
уураас конденсаци хийх, өндөр даралтанд хатууруулах, аморф бодисыг задлах, хэт ханасан хатуу уусмалыг задлах, давхарга хоорондын диффуз, ион суулгах, механик идэвхжүүлэх процесс гэх мэт аргуудыг ашиглана. Талст ба талст бус фазыг олж авахад ашигладаг олон аргыг мөн хагас талстыг нэгтгэхэд ашигладаг.
Хайлмалаас квазикристал үүсэх нь металл шил үүсэхээс үндсэндээ ялгаатай. Металл шил нь эвтектик найрлагын ойролцоо хамгийн амархан үүсдэг. Эдгээр нь нэг талст фаз нь тогтвортой байдаггүй найрлага бөгөөд тэнцвэрт байдалд хайлш нь өөр өөр найрлагатай хоёр буюу түүнээс дээш талст фаз болгон задрах ёстой. Химийн гуужуулагч нь диффузийн хяналттай процесс учраас энэ процесс нь метастаз бөгөөд хайлмал хурдан хөргөх нь металл шил үүсэхийг дэмждэг. Квазикристалууд нь эсрэгээрээ фазын диаграммд эвтектиктэй ойролцоо найрлага үүсгэдэггүй. Квазиталст фазууд үүсдэг системүүдийн тэнцвэрийн фазын диаграммын өвөрмөц шинж чанар нь перитектикүүд байдаг. Фазын диаграммын эдгээр шинж чанарууд нь янз бүрийн атомын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хооронд хүчтэй харилцан үйлчлэлцэж, нэгдэл үүсгэх хандлагатай байдаг системүүдийн ердийн шинж чанар юм. Квазикристалууд нь эдгээр системд бөөмийн төвүүд үүсэх, дараа нь ургах замаар үүсдэг.
Квазикристал дахь атомуудын байрлалын урт хугацааны дарааллыг илтгэдэг өөр нэг шинж чанар нь ажиглагдсан фазын талбарууд байдаг. Квазикристал фазын морфологи нь өсөлтийн нөхцлөөс хамаардаг бөгөөд олон сонирхолтой шинж чанаруудыг илрүүлдэг. Синтезийн үр дүнд квазикристал фаз үүсэх үед зөвхөн түүний цэгийн тэгш хэмийн бүлгийг морфологийн хувьд ихэвчлэн тусгадаг. Жишээлбэл, метастабил икосаэдр Al-Mn фазын дендритүүдийн хэлбэр нь таван өнцөгт хоёр талт хэлбэртэй байдаг. Al-Cu-Li систем дэх термодинамикийн хувьд тогтвортой икосаэдр фазын дендритүүд нь ромб хэлбэрийн триаконтаэдр хэлбэртэй байдаг. Al-Pd-Mn системд икосаэдр квазиталстууд нь икозидодекаэдр хэлбэртэй байдаг. Al-Cu-Fe систем дэх икосаэдр фазын бүрхэвч үүсэх судалгаа нь гадаргуугийн хамгийн бага хүчдэлийн шаардлагын дагуу нягт атомын хавтгайн дагуу үүсдэг болохыг харуулж байна.
Хэдийгээр цэвэр металлууд нь энгийн бүтэц үүсгэхийн тулд талстждаг ч хайлуулах нь нэлээд төвөгтэй бүтэцтэй металл хоорондын нэгдлүүд үүсэхэд хүргэдэг. Жишээлбэл, α-Mn12(Al,Si)57 ба Mg32(Al,Zn)49 хоёр нийлмэл талст фазууд нь харгалзах квазиталстуудын бүтэцтэй орон нутгийн изоморфизмыг харуулдаг. Дээр дурдсан нэгдлүүд нь икосаэдр тэгш хэмтэй төвлөрсөн атомын бүрхүүлээс бүрдэх, эхний тохиолдолд 54 атом (МакКэй икосаэдр кластер), хоёр дахь тохиолдолд (Бергман триаконт) 44 атом агуулсан бөөгнөрөл бүхий бие төвтэй куб (bcc) багцыг төлөөлдөг. Ийм нэгдлүүдийг квазикристаллуудын үечилсэн ойролцоолсон гэж нэрлэдэг.
7
Гурав дахь төрлийн кластер (Цай кластер) байдаг бөгөөд 66 атом агуулсан байдаг - ийм кластеруудын bcc савлагаа нь харгалзах хоёртын хагас талстуудын үе үе ойролцоолсон Cd6Yb, Zn17Sc3 зэрэг талст хайлшийн хувьд ердийн зүйл юм. Өндөр нарийвчлалтай дамжуулагч электрон микроскоп ашиглан бүтцийг судалснаар бөөгнөрөл нь бараг талстуудын онцлог шинж чанартай боловч бөөгнөрөл нь огторгуйд период байдлаар савлаж, хоорондоо нэвтэрч оршдог тул бараг талстууд нь энгийн кластерийн агрегат биш, харин бөөгнөрөл бүхий бүтэц юм. урт хугацааны дараалал ба орон нутгийн кластерийн бүтэц .
Ойролцоогоор ба квазиталстуудын бүтэц хоорондын нягт хамаарлыг тэдгээрийн дифракцийн ижил төстэй байдлаас харуулдаг. Талст ойртолтын хамгийн эрчимтэй дифракцийн оргилууд нь холбогдох квазикристалуудын ижил төстэй оргилуудын ойролцоо байрладаг. Квазикристаллуудын орон нутгийн изоморфизмын өөр нэг шинж тэмдэг ба холбогдох ойролцоо нь тэдгээрийн мөхлөгүүдийн уялдаа холбоотой чиг баримжаа юм. Квазикристалууд нь ихэвчлэн ойролцоологчийн найрлагын ойролцоо үүсдэг тул шинэ талст нэгдлүүдийг хайх нэг арга бол тэдгээрийн талст ойролцоо найрлагатай ойролцоо найрлагын бүс нутгийг судлах явдал юм.
8
Цагаан будаа. 2.1 Хоёр фрагмент загвар
хоёр хэмжээст болор - Пенроуз паркет,
нарийн ба өргөн ромбуудаас бүрддэг.
2.2 Бүтэцийг дүрслэх аргууд
Браггийн хурц тусгалд хүргэдэг үе үеийн бүтэц, тухайлбал, Пенроуз паркетийг 1984 оноос өмнө авч үздэг байсан. Эдгээр байгууламжууд нь үндсэндээ чиг баримжаа хэлбэрийн урт хугацааны дараалалтай байдаг. Квази талст биетүүдийн дифракцийн шинж чанарыг тодорхойлохын тулд хавтгай ба орон зайн тэнхлэгүүд буюу хагас үечилсэн бүрхүүл гэж нэрлэгддэг бүтцийг авч үзсэн.
Шугамыг хамарна гэдэг нь өгөгдсөн олонлогоос хэсэг болгон хуваах явдал юм. Ийм аргаар олж авсан бүрээсүүдийн дотроос орчуулгын төрлийн урт хугацааны дараалалгүй хагас үечилсэн бүрхүүлийн ангиллыг ялгадаг. Эдгээрийг квазиталстуудын бүтцийн загварт ашигладаг.
Квазиталст объектын бүтцийн араг ясны санал болгож буй загваруудын дотроос хамгийн өргөн тархсан нь шулуун шугам, хавтгай эсвэл орон зайг хоёр үндсэн бүтцийн нэгжээр хагас үечилсэн бүрээс дээр суурилсан хоёр фрагмент загварыг авч үзэх нь зүйтэй юм. Нэг хэмжээст квазикристалын хувьд энэ загвар нь S=1 ба L=τ гэсэн богино S ба урт L сегментийн Фибоначчийн дараалалд хүргэдэг. Хоёр хэмжээст тохиолдолд хоёр фрагмент загвар нь π/5 ба 2π/5 оройнуудад хурц өнцөг бүхий хоёр төрлийн ромбуудаас бүрдэх Penrose паркет (Зураг 2.1), гурван хэмжээст тохиолдолд а. Амман-Макай сүлжээ гэж нэрлэгддэг хоёр төрлийн ромбоэдрээс үүссэн Пенроуз паркетийн ерөнхий ойлголт. Дээрх хоёр фрагмент загварын хэрэгжилтийн нийтлэг зүйл бол баримжаа хэлбэрийн урт хугацааны дарааллыг хадгалахын зэрэгцээ орчуулгын төрлийн урт хугацааны дараалал байхгүй байгаа нь Пенроузын хувьд мэдэгдэж буй шинж чанарыг бий болгодог. Паркетаныг Конвейн теоремоор: паркетийн аливаа хязгаарлагдмал тохиргоо нь түүнд бараг үе үе хязгааргүй олон удаа тохиолддог.
9
Зураг.2.2 Нэг хэмжээст квазикристалыг бүтээх
(Фибоначчийн гинж) проекцын аргаар; булан
тэнхлэгийн хазайлт
КРИСТАЛЛОГРАФИ, 2007, 52-р боть, № 6, х. 966-972
QUASI CRYSTALS
UDC 538.9,538.911,538.915,538.93
QUASI CRYSTALS. БҮТЭЦ, ҮЗҮҮЛЭЛТ
© 2007 Ю.Вэкилов, Е.И.Исаев
Москвагийн Улсын Ган, хайлшийн дээд сургууль И-мэйл: yuri_vekilov@yahoo. com 2007.03.29-нд хүлээн авсан
Квазикристаллуудын бүтэц, шинж чанарыг авч үздэг. Богино ба урт хугацааны атомын дараалал, эдгээр хүчин зүйлсийн физик шинж чанарт үзүүлэх нөлөөг авч үзсэн. Өрөөний температураас дээш температурт физик шинж чанарыг судлах хэрэгцээг онцлон тэмдэглэв. Ирээдүйтэй програмуудыг товч дурдлаа.
PACS: 61.44.Br, 62.20.-x, 65.40.-b, 72.15.-v, 75.20.En
ОРШИЛ
Квазикристалын асуудлаарх Бүх Оросын анхны уулзалтаас хойш гурван жил, Шехтман болон бусад хүмүүс хурдан хөргөсөн Al-Mn хайлш дахь фазын ажиглалтын тухай анхны илтгэлээс хойш бараг 22 жил өнгөрчээ. Икосаэдрийн тэгш хэмтэй байрласан Браггийн тусгалууд, үүнд 5-р эрэмбийн тэгш хэмийн тэнхлэгийн үечилсэн торонд хориотой байдаг. Энэхүү нээлтээс өмнө нарийн төвөгтэй бүтэцтэй хайлш, аморф металлын фазууд, том ромбоэдрийн нэгж үүрэнд савлагдсан 12 атомын икосаэдрон бүхий талст боронд, тогтвортой борын гидрид (B12H12), түүнчлэн шүлтлэг бөөгнөрөл, үнэт металлуудад ч бага анхаарал хандуулсан (Фрэнк - 1952, Фрэнк ба Каспер - 1958, Маккей - 1952). Шехтмантай бараг нэгэн зэрэг Левин, Стейнхардт нар икосаэдр тэгш хэмтэй системд Браггийн оргилууд оршин тогтнох тухай онолын үндэслэлийг өгсөн. Икосаэдр тэгш хэмтэй апериод савлагааны дифракцийн загвар нь Al-Mn хайлшаас олж авсан нягтралтай нягт уялдаатай харилцан адилгүй сансрын хэсгүүдэд Брэггийн тусгалтай болохыг харуулсан. Энэхүү уламжлалт бус чиг баримжаатай алсын зайн дараалал нь харилцан адилгүй уртын харьцаатай харилцан адилгүй орон зайн векторуудын хоёр багцаар тодорхойлогддог.
"алтан харьцаа" t = 1 (1 + J5). Түүнээс хойш бараг талстуудын бүтэц, шинж чанарын талаар олон бүтээл туурвисан ба квазикристалын судалгаа нь конденсацийн физикийн бие даасан салбар болжээ.
Анхны уулзалтад зохиогчдын илтгэлд квазиталстуудын бүтцийг шинжлэх онолын аргуудыг (олон хэмжээст орон зайд проекц хийх арга, ердийн ба санамсаргүй квазикристалын загварууд, икозаэдр шил, фасон гажуудал) хэлэлцэж, физик шинж чанарын онцлогийг товч тайлбарлав. Сүүлийн гурван жилийн хугацаанд практик судалгаа руу шилжиж, физикийн сэтгүүлд, жишээлбэл, Physical Review B, Physical Review Letters зэрэг бараг талстуудын тухай өгүүлэл ховор болсон ч Journal of the Journal сэтгүүлд илүү олон удаа гарч эхэлсэн. Хайлш ба нэгдлүүд болон бусад хэрэглээний сэтгүүл. Энэхүү илтгэх чиг хандлага нь нэг талаас, бараг талстыг практик чухал объект гэж хүлээн зөвшөөрөх, нөгөө талаас "сэтгэл хөөрөхөөс өмнөх тайван байдал" юм, учир нь бараг талстуудын физикийн олон асуулт хариулт шаарддаг хэвээр байна. Хачирхалтай нь, тасалгааны температураас дээш температурт квазикристалын шинж чанаруудын талаар хараахан сайн мэдэхгүй байгаа бөгөөд энэ нь бага температурт байхгүй, хязгаарлагдмал давтамжтай дамжуулалтын Drude оргил гарч ирэх, их хэмжээний электрон хувь нэмэр оруулах зэрэг нөлөөллийг хүлээх ёстой. дулаан дамжуулалт ба дулаан багтаамж гэх мэт. Тийм ээ, Квазикристалууд яагаад байдаг вэ гэсэн асуулт одоог хүртэл хамааралтай хэвээр байна. Үл хөдлөх хөрөнгийн талаар санал болгож буй олон тайлбар нь хоёрдмол утгатай тул онолын түвшинд хийх ажил бий. Бүтцийн онцлог, химийн холбоо, электрон тээвэрлэлт, дулааны тээвэрлэлт дэх электронуудын үүрэг, соронзон үзэгдлийн физик, электрон спектрийн бүтэц, онцлог шинж чанаруудын холболт - энэ бүхэн цаашдын судалгааны сэдэв юм. Тогтмол ойртсон тооцооллыг судлахад илүү их анхаарал хандуулах хэрэгтэй, учир нь тэдэнтэй харьцуулах нь урт хугацааны болон урт хугацааны үр нөлөөг ялгах боломжийг олгодог.
квазикристал дахь орон нутгийн захиалга. Энэхүү тоймд 1-р хурлын тайлангийн материалыг давталгүйгээр бараг талст дахь богино зайн болон урт хугацааны урт хугацааны дараалал, эдгээр хүчин зүйлсийн физик шинж чанарт үзүүлэх нөлөөг авч үзсэн болно. Цаашдын судалгааны хэтийн төлөвийн талаар товч ярилцав.
БҮТЭЦ
Квазикристалууд нь үечилсэн системд хориотой, урт хугацааны дараалал, тэгш хэмээр тодорхойлогддог. Тэгш хэмийн төрлөөс хамааран тэдгээрийг икосаэдр (тав дахь дарааллын тэгш хэмийн тэнхлэгүүдтэй), түүнчлэн найм дахь (найман өнцөгт) тэгш хэмийн тэнхлэгт перпендикуляр үе үе савласан хавтгайд атомуудын бараг үечилсэн зохион байгуулалттай квазикристалуудад хуваагддаг. арав дахь (арван өнцөгт), арван хоёрдугаар (додекагональ) тушаал. Бүх задгай талстууд (мөн тэдгээрийн зуу гаруй нь байдаг) нь хөнгөн цагаан, магни, никель, титан, цайр, циркони зэрэгт суурилсан металл хоорондын хайлш юм. Хайлшлах элементүүдийн хүрээ илүү өргөн, заримдаа цахиур, германий байдаг. Моноатом квазиталст бүтцийг зөвхөн литограф, молекулын цацрагийн хуримтлал, оптик индукцийн аргаар хиймэл аргаар олж авах боломжтой. Квазикристал хайлш нь хоёр ба түүнээс дээш бүрэлдэхүүн хэсэг байж болох бөгөөд химийн элементүүдийн үечилсэн системийн янз бүрийн үеүүдийн элементүүд нь шилжилтийн буюу газрын ховор элемент (RE) нь бараг үргэлж байдаг. Эдгээр хайлшийг янз бүрийн аргаар олж авч болно: хурдан бөхөөх, талст өсөлтийн эзэлхүүний арга, аморф фазын "дунд зэрэг" анивчих, хатуу төлөвт үзүүлэх урвал, механик хайлш гэх мэт.
Квази талстыг нээсэн цагаас хойш тулгамдсан асуудлын нэг бол тэдгээрийн атомын бүтцийн асуудал байв. Бараг талст дахь апериод урт хугацааны дарааллын зэрэгцээ кластер хэлбэрийн богино зайн орон нутгийн атомын дараалал бас байдаг. Икосаэдр фазын бүтцийг тодорхойлоход гарсан томоохон ахиц дэвшил нь хоёр нийлмэл талст фаз - mi12(a181)57 ба mi32(a181)49 нь харгалзах квазикристалуудын бүтэцтэй орон нутгийн изоморфизмыг харуулдаг болохыг ойлгох явдал байв. Дээр дурдсан нэгдлүүд нь икосаэдр тэгш хэмтэй хоёр төвлөрсөн атомын бүрхүүлээс бүрдэх, эхний тохиолдолд 54 атом (МакКэй икосаэдрон), хоёр дахь тохиолдолд 44 атом (триаконтаэдр Бергманы кластер эсвэл Фрэнк-Каспер фаз) агуулсан кластеруудын bcc багцыг төлөөлдөг. CdX төрлийн (X = Yb, Ca, Lu) нэгдлийн хувьд 66 атом агуулсан ердийн кластер нь Цай кластер юм. Тогтмол бүтэцтэй ийм нэгдлүүдийг талст ойролцоо гэж нэрлэдэг.
ми квазикристалууд. Орон нутгийн хувьд ойролцоо болон квазикристалуудын бүтэц нь изоморф бөгөөд зөвхөн икосаэдр квазиталстуудад харгалзах кластерууд нь орон зайн апериодын торыг (гурван хэмжээст Penrose тор, үндсэн бүтцийн нэгжүүд нь тодорхой хоёр роны дагуу багцлагдсан) чимэглэж, орон зайд апериод байдлаар байрладаг. дүрмүүд) болон бие биенээ нэвчүүлэх, ингэснээр квазикристал нь бөөгнөрөлийн энгийн бөөгнөрөл биш, харин орон нутгийн кластерын дараалал бүхий орон зайн апериод бүтэц юм. кластерын бүтэц нь мөн "хоёр хэмжээст" бараг талстуудын онцлог шинж юм (тус тус бүр найман өнцөгт, арван өнцөгт, хоёр талт тэгш хэмтэй баганын кластерууд). Кластер дахь атомуудын байрлалыг EXAFS спектроскопи, атомын нарийвчлалтай дамжуулах сканнер электроноскопи зэрэг аргуудаар тодорхойлж болох бөгөөд сүүлийн арга нь шууд бөгөөд бүтцийн загварыг урьдчилан тодорхойлох шаардлагагүй. Квазикристалууд нь ихэвчлэн ойролцоо үүсэх шинж чанартай найрлагын ойролцоо үүсдэг. Тиймээс шинэ талст нэгдлүүдийг хайх хамгийн тохиромжтой аргуудын нэг бол тэдгээрийн талст ойртсон найрлагын ойролцоох фазын диаграмм дахь найрлагын мужуудыг судлах явдал юм.
Квазикристаллуудын энергийн тогтвортой байдлын мөн чанарын тухай асуудал нь үндсэн асуудлын нэг бөгөөд квазикристалын электрон бүтцийн онцлогтой шууд холбоотой юм. Квазикристалын электрон бүтцийг онолын хувьд судлах нь Блохын теоремыг ашиглах боломжгүй тул янз бүрийн тохиргоо, апериодын урт хугацааны дараалал, орон нутгийн тэгш хэм, электрон төлөвийн нутагшуулалт, квазикристал тэгш хэм, резонансын улмаас химийн бондын топологийн шинж чанаруудын талаархи мэдээллийг шаарддаг; бүтэц дэх шилжилтийн элементүүдээр тархах гэх мэт чухал шинж чанар нь бүтцийн тогтвортой байдал ба тээвэрлэлт, соронзон шинж чанарыг тодорхойлдог Ферми түвшний төлөвүүдийн нягт юм. Туршилтын өгөгдөл (дулааны багтаамж, фото цацралтын спектр, хонгилын туршилт, цөмийн соронзон резонанс (NMR)) болон онолын тооцоолол нь Ферми түвшинд электрон төлөвийн нягтралд псевдогап байгааг харуулж байна. Иймээс квазикристалуудын тогтвортой байдал нь атом дахь валентийн электронуудын тооны тодорхой харьцаатай (e/a) Ферми түвшин псевдогап руу орох ба Хьюм-Ротери электрон механизмаас шалтгаалж болно. системийн хамгийн бага эрчим хүч хэрэгждэг. Дээрх үндсэн кластер бүр нь тодорхой тооны электроноор тодорхойлогддог
атом e/a (e/a = XA(\ - CA) + 2ВСВ хоёртын хайлш), жишээлбэл, Маккей төрлийн кластерт 1.7, Бергман төрлийн кластерт 2.15, Цай кластерт бараг 2.0 байна. Хатуу туузны загварт Hume-Rothery дүрмүүд нь 1C1 = 2cr нөхцөлийг хангасан бөгөөд C нь хагас талст дахь "Brillouin pseudoband" гэж нэрлэгддэг анхны тод тусгалд харгалзах харилцан торны вектор юм; kr - Ферми импульс, 2кр = (3 n2(N/V))1/3 (квази талст дахь жинхэнэ Бриллоуин бүсийн эзэлхүүн хязгааргүй бага, ~d3), V - болорын эзэлхүүн, N - энгийн эсийн тоо эзлэхүүнд d - Планкийн тогтмол . Hume-Rothery-ийн бусад дүрэм (атомын радиусын ялгаа нь 15% -иас хэтрэхгүй байх ёстой, цахилгаан сөрөг байдлын тэгээс ялгаатай) нь тогтвортой хагас талст объектыг тодорхойлоход зайлшгүй шаардлагатай. Чухамхүү эдгээр дүрмийг ашигласнаар ACheCi ба тогтвортой хагас талстыг олж илрүүлэх боломжтой болсон.
Өгүүллийг цааш нь уншихын тулд та бүрэн текстийг худалдаж авах ёстой
ЗОТОВ А.М., КОРОЛЕНКО П.В., МИШИН А.Ю. - 2010 он
Практик хэрэглээний үүднээс сонирхож буй квазикристалуудын шинж чанарууд нь үрэлтийн бага коэффициент, чийгшүүлэх чадвар бага, хатуулаг, элэгдэл, зэврэлтэнд тэсвэртэй, бүтцийн цацрагийн мэдэгдэхүйц эсэргүүцэл, цахилгаан ба дулаан дамжуулалт бага, ер бусын оптик шинж чанарууд юм. Гэхдээ бага температурт хэв гажилт өндөр, хэв гажилт багатай тул ашиглах боломж хязгаарлагдмал.
Тиймээс квазикристалыг хайруулын тавган дээр бүрэх, хоол хийх ажлын гадаргуу болгон ашиглаж болно. Икосаэдр Al-Cu-Fe фаз дээр үндэслэсэн бүрээс нь махыг шарсан бүх нийтийнх юм. Тэд Teflon бүрээсээс ялгаатай нь хэт халах үед хортой хийн бүтээгдэхүүн ялгаруулдаггүй.
Нарны энергийг сонгомол шингээгчд бараг талстыг ашиглах боломжтой. Тэдгээр. нарны цацрагийг дулаан болгон хувиргах. Сонгомол шингээгчийг цахилгаан эрчим хүчний дулааны үүсгүүр, гэр ахуйн ус халаагуурт тус тус 400 ° C ба 60 ° C температурт халаахад ашигладаг. Нарны цацрагийн хамгийн тохиромжтой сонгомол шингээгч нь дулааны цацрагийн алдагдлыг багасгахын тулд спектрийн харагдах бүсэд өндөр шингээлтийн коэффициенттэй байх ёстой бөгөөд үүний зэрэгцээ хэт улаан туяаны бүсэд өндөр тусгах коэффициенттэй байх ёстой. Хамгийн сайн шингээгчийн нэг бол вольфрам юм. Практик ач холбогдлын түвшинд сонгох чадварыг зөвхөн өөр өөр оптик шинж чанартай материалыг хослуулсан төхөөрөмжид л авч болно. Ийм төхөөрөмжид, ялангуяа тандем шингээгч/цацруулагч систем, олон давхаргат хөндлөнгийн шүүлтүүр орно. Зэсийн субстрат дээрх Al2O3/Al62Cu25Fe13/Al2O3 сэндвичний оптик шинж чанарын туршилтын судалгааны үр дүнд ийм шингээгч нь нарны цацрагийн 90% -ийг шингээж, өрөөнд шингэсэн энергийн дөнгөж 2.5% -ийг дахин ялгаруулах чадвартай болохыг онолын тооцоогоор баталсан; Эдгээр шингээгч нь 400-500 градусын температурт исэлдэлтэнд тэсвэртэй бөгөөд өндөр дулааны тогтвортой байдал, зэврэлтэнд тэсвэртэй байдаг.
Quasicrystals нь хатуу төлөвт хөргөгч болон цахилгаан эрчим хүчний генераторуудад ашиглах дулаан цахилгаан хувиргагч болгон ашиглаж болно. Квазикристалууд нь бага цахилгаан дамжуулалттай байдаг бөгөөд энэ нь дүрэм ёсоор температур нэмэгдэх тусам нэмэгдэж, химийн найрлага багатай байсан ч гэсэн ихээхэн өөрчлөгддөг. Тэдний чухал давуу тал нь торны дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь маш бага бөгөөд диэлектрик шилний дулаан дамжилтын илтгэлцүүртэй ойролцоо байдаг. (100 К-ээс дээш бол торны дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь 1 Вт/м?К хэмжээтэй аморф материалын хувьд ердийн утгуудад хүрдэг бөгөөд энэ нь торны хамгийн бага дулаан дамжилтын горимд нийцдэг). Квазикристалын электрон бүтцийн онцлог нь термоэлектрик хөрвүүлэгчийн үр ашгийн параметрийн = 1-ийн хязгаарт хүрч, түүнээс их хэмжээгээр давах боломжийг олгодог.
Металл гидридийн устөрөгчийг хадгалах систем нь устөрөгчийн эрчим хүчний хамгийн хурдацтай хөгжиж буй салбаруудын нэг юм. Квазиталст фазуудын дотроос металлын атом бүрт бараг хоёр устөрөгчийн атомыг шингээх чадвартай Ти-Зр-Ни гурвалсан систем дэх икозаэрик фаз нь устөрөгч хадгалах ирээдүйтэй орчин болж хувирсан. Энэ үе шат нь устөрөгчийг LaNi5 гэх мэт металл хоорондын нэгдлүүдээс илүү хурдан шингээж, ялгаруулдаг. Устөрөгч нь бараг атом хэлбэрээр хуримтлагдах боломжтой бөгөөд энэ нь устөрөгч нь хоорондоо уялдаатай байдаг гидридтэй харьцуулахад мэдэгдэхүйц давуу тал юм.
Молекулын цацрагийн хуримтлал ба литографийн аргаар бий болсон квазкристалл "бүтээцүүд" өргөн тархсан: Фибоначчийн супер торыг лазер технологид илүү өндөр гармоник үүсгэхэд ашигладаг, изотропын зурвасын завсартай найман өнцөгт ба таван өнцөгт тэгш хэмтэй фотоник квазикристалууд.
Гол дүгнэлтүүд
Квазикристалл ба тэдгээрт суурилсан материалууд нь үйлдвэрлэлийн зориулалтаар ашиглах асар их боломжуудтай. Өнөөдрийг хүртэл квазиталстаас бүрэх, түүнчлэн тэдгээрт суурилсан олон фазын болон нийлмэл материалуудыг үйлдвэрлэх технологи нь квазикристал фазын эмзэг байдал, өрөөний температурт хэв гажилт багатай холбоотой хязгаарлалтыг бүрэн арилгах боломжтой болсон. Квазикристалууд нь мэс заслын багаж хэрэгсэл хийдэг өндөр бат бэхийн ган, ялангуяа хүчтэй хөнгөн цагаан хайлшийг бэхжүүлэх үе шат болгон өргөн хэрэглээг аль хэдийн олж мэдсэн. Ирэх жилүүдэд бид хагас талст материалыг үйлдвэрлэлийн хэрэглээний салбарт мэдэгдэхүйц ахиц дэвшил гарна гэж найдаж байна.
Шинэ шинж чанарыг судлах нь шинжлэх ухааны ач холбогдолтой - төрөл бүрийн ашигт малтмал, хүдэр, металл бус ашигт малтмал дахь квазикристал үүсэх зүй тогтлыг тодорхойлох, хэрэглээний ач холбогдол - янз бүрийн түвшний блокуудын хил дээр, нүүрсний эвдэрсэн бүсийг урьдчилан таамаглах, хүдрийн агууламж нэмэгдсэн эдгээр бүсэд хязгаарлагдах (ялангуяа зангилаа - ан цавын бүсүүдийн огтлолцох газрууд), эдгээр бүсүүдийн нөлөөлөл, тэдгээрт квазикристалл үүсэх нөхцөл нь ашигт малтмалыг олборлох, дараа нь баяжуулах аргад . Бодисын бүтэц, квазиталст үүсэх нь чулуулаг ба үндсэн эрдсүүдийн үүсэх, хувирах нөхцлийг тусгасан харилцан уялдаатай хоёр процесс юм.
Ашигласан уран зохиолын жагсаалт
1.Shechtman D., Blech I., Graitias D. e. а. // Алсын зайн чиг баримжаатай, хөрвүүлэх тэгш хэмгүй металл фаз. - Физик. Илч. Летт. - 1984 - No 53 - х. 1951-1953 он
2.А. П.Цай, А.Иноуэ, Т.Машимото // Jpn. J. Appl. Физик. - 1987 - 26 - L1505
3.Г. Бергман, Ж.Л.Т.Во ба Л.Паулинг // Acta Crystallogr. - 1957 - 10 - 254
Э.Е.Черкашин, П.И. Крипякевич ба Г.И. Олексив // Сов. Физик. Кристаллогр. - 1964 - 8 - 681 он
5.П. Donnadieu, A. Redjaimia // Фил. Маг. Б - 1993 - 67 - 569
6.А.И. Голдман, П.Ф.Келтон // Илч. Мод. Физик. - 1993 - 65 - 213
H. S. Chen, J. C. Phillips, P. Villars, A. R. Kotran, A. Inoue // Phys. Илч. В 1987 - 35 - 9326
8. Цай А.П., Иноуэ А. э. а. // Фил. Маг. Летт. - 1990. - V.61. - х.9
9. Цай A. P., Inoue A., Masumoto T. // Appl. Физик. - 1998. - V.26. - х.1505 - 1587
Акияма Х., Хахсимото Т., Шибуяа Т. э. а. // Физик. Соц. Jpn. - 1993. - V.62. - х.639
Huttunen-Saarivirta E. // Хайлш ба нэгдлүүдийн Ж. - 2004. - V.363. - PP.150 - 174
12. Векилов Ю.Ч., Исаев Е.И. Квазикристаллуудын бүтэц, физик шинж чанарууд // Квазикристалын талаархи бүх Оросын анхны уулзалтын тайлангийн цуглуулга. - M. - 2003 - х.5
13. Баранов В.А. Электрон микроскопоор янз бүрийн бодисын квази талстыг судалсан үр дүн / В.А. Баранов // Геотехникийн механик. – Днепропетровск, 2001. – No 27. – P. 140–144.
14.Ahlgren M., Rodmar M., Gignoux C. e. а. // Матер. Шинжлэх ухаан. Eng. - 1997. - А 226 - 228. - ПХ.981 - 992
15.Ritsch S., Beeli C. e. а. // Фил. Маг. Летт. - 1998 - боть.78, дугаар.2 - х.67
Де Пало С., Усмани С., Сампат С. э. а. Дулаанаар цацагдсан Al-Cu-Fe Quasicrystal бүрхүүлийн үрэлт ба элэгдлийн зан байдал // Шинжлэх ухаан, технологийн дэвшлийн нэгдсэн форум. - Охайо, 1997
17.А. П.Цай, А.Иноуэ, Т.Масумото // Jpn. J. Appl. Физик. - 1987 - 26 - L1505
18.А. П.Цай, А.Иноуэ, Т.Масумото // Jpn. J. Appl. Физик. - 1988 - 26 - L1587
Цай А.П., Ёкояма Ю., Иноуэ А., Масумото Т. // Jpn. J. Appl. Физик. - 1990 - 29 - L1161
S. J. Poon // Adv. Физик. - 1992 - 41 - 303
P. Lanco, C. Berger, F. CyrotLackmann болон A. Sulpice // J. Non-Cryst. Хатуу бодис - 1993 - 153154 - 325
Ф.С.Пирс, С.Ж.Пун, К.Гоу // Шинжлэх ухаан - 1993 - 261 - 737
Х.Акияма, Ю.Хонда, Т.Хашимото, К.Эдагава, С.Такеучи // Jpn. J. Appl. Физик. - 1993 - 32 - L1003
24. Брязкало А.М., Ласкова Г.В., Михеева М.Н. ба бусад. Моссбауэр спектроскоп ашиглан Al-Cu-Fe систем дэх квазикристал фазын үүсэх динамикийн судалгаа // Квазикристалын талаархи бүх Оросын анхны уулзалтын тайлангийн цуглуулга. - М., 2003. - P.39 - 45
25.C. Гигно, К.Бергер, Г.Фуркодо, Ж.С.Гриеко, Х.Ракото // Europhys. Летт. - 1997 - 39 (2) - х.171
Мартин С., Хебард А.Ф., Д. а. // Физик. Илч. Летт. - 1991 - 91-р боть, No6 - х.719
27. Wagner J. L. et al. // Физик. Илч. Б - 1988 - 38 - х.7436
28. Kimura K. et al. // J. Физик. Соц. Jpn. - 1989 - 58 - х.2472
29. Вагнер Ж.Л., Биггс Б.Д., Пун С.Ж. // Физик. Илч. Летт. - 1990 - 65 - х. 203
Зиман Ж.М. Хатуу бодисын онолын зарчмууд (Camb. Univ. Press. Cambridge, 1972) - p.225
Howson M. A., Gallagher B. L. // Физик. Төлөөлөгч - 1988 - 170 - х.265
F. Cyrot-Lackmann // Solid State Commun. - 1997 - 103 - 123
Ю. Х. Векилов нар. аль. // Solid State Commun. - 2005 - 133 - 473
Черников М.А., Бианчи А., Отт Х.Р. // Физик. Илч. Б - 1995 - 51 - х.153
35. Черников M. A. нар. // Еврофиз. Летт. - 1996 - 35 - х.431
36.Kuo Y. K. et al. // Физик. Илч. Б - 2005 - 72 - х.054202
Векилов Ях. Х., Исаев Е.И., Йохассон Б. // Физик. Летт. А - 2006 - 352 - х.524
Perrot A. et al. Ref. Квазикристалууд. Олон улсын 5-р бага хурлын эмхэтгэл - х.588
39. Peierls R. // Анн. Физик. Bd.3. H.3, S.1055 (1929)
40. Hattori Y. et al. // J. Физик: Конденсац. Асуудал. - 1995 - 7 - 2313 он
1984 оны 11-р сарын 12-нд нэр хүндтэй Physical Review Letters сэтгүүлд хэвлэгдсэн богино хэмжээний нийтлэлд онцгой шинж чанартай металлын хайлш байгааг нотлох туршилтын нотолгоо өгсөн (Shechtman et al., 1984). Электрон дифракцийн аргаар судлахад энэ хайлш нь болор хэлбэрээр илэрдэг. Түүний дифракцийн загвар нь болор шиг тод, тогтмол зайтай цэгүүдээс тогтдог. Гэсэн хэдий ч энэ зураг нь геометрийн шалтгааны улмаас болорт байхыг хатуу хориглодог "икосаэдр" тэгш хэмтэй гэдгээрээ онцлог юм. Уг нийтлэлийг 1984 онд нээлтийн зохиогч Д.Шехтман, Хайфа (Израиль) дахь Техникийн хүрээлэнгийн Ж.Блех, Үндэсний стандартын товчооны (АНУ) Ж.В.Кан, ажилтан би гэсэн дөрвөн судлаач бичсэн. Хими, металлургийн судалгааны төвийн үндэсний шинжлэх ухааны төв (Франц).
Энэхүү хачирхалтай нээлт нь хатуу биетийн физик, талстографийн салбарт асар их сонирхлыг бий болгоно гэдэгт бид бүгд итгэлтэй байсан. Мөн тэд урам хугарсангүй: өнөөдөр "квазиккристал" гэж нэрлэгддэг эдгээр шинэ бодисуудын талаар хоёр зуу гаруй шинжлэх ухааны нийтлэлүүд гарсан. Хэдэн сарын дараа квазиталстуудын эв нэгдэлтэй онолын загвар гарч ирэв. Энэ нь Penrose хавтангууд нь анхан шатны загвар болсон гайхалтай үе үе бус бүтцийг дүрслэх математикийг ашигласан. Жил хүрэхгүй хугацаанд өөр олон хайлшийг нээж, шинэ төрлийн тэгш хэмийг харуулсан. Тэдгээрийн тоо маш олон байсан тул квазиталст төлөв нь бидний төсөөлж байснаас хамаагүй илүү түгээмэл болсон.
Талст гэдэг ойлголт нь болорын тодорхойлолтыг ерөнхийд нь илэрхийлж, дуусгаж өгдөг учраас үндсэн сонирхол татдаг. Энэхүү үзэл баримтлалд суурилсан онол нь "сансар огторгуйд хатуу үечилсэн байдлаар давтагддаг бүтцийн нэгж" гэсэн эртний санааг алсын зайн дэг журам гэсэн үндсэн ойлголтоор сольсон. Энэхүү үзэл баримтлал нь кристаллографийн салбарыг өргөжүүлэхэд хүргэсэн бөгөөд бидний шинээр нээсэн баялгийг дөнгөж судалж эхэлж байна. Түүний ашигт малтмалын ертөнц дэх ач холбогдлыг математикийн рационал тоон дээр иррационал тоо гэсэн ойлголтыг нэмсэнтэй зэрэгцүүлж болно.
Квазикристал гэж юу вэ? Түүний шинж чанарууд юу вэ, тэдгээрийг хэрхэн тайлбарлах вэ? Эдгээр асуултын ихэнхийг одоо сайн шалгасан баримт дээр үндэслэн хариулах боломжтой.
Бүтцийн онцлог
Бүтцийн үүднээс авч үзвэл квазикристалууд нь талст ба аморф биетүүдийн хооронд завсрын байрлалтай байдаг. Энэхүү шинэ ангиллын материал нь талстуудаас ялгаатай нь 2, 3, 4, 6-р зэрэглэлийн тэнхлэгүүдээс гадна сонгодог талстографаар хориглосон 5, 7, 8, 10 болон бусад зэрэглэлийн тэнхлэгүүд байдаг. Квазикристалуудаас олж авсан дифракцийн загвар нь φ = 1.618034..., "алтан тоо", φ = 2cos 36? гэсэн иррационал тоо зэргийг багтаасан харилцан хамаарал бүхий орон зай дахь хурц эрчимтэй дардасуудын багц юм. Аморф биетүүдээс. Квазикристалууд нь атомуудын зохион байгуулалтад урт хугацааны дараалал байдгаараа ялгагдана, гэхдээ эхний координатын бөмбөрцөгт дийлэнх нь аморф биетүүдтэй адил икосаэдр зохицуулалттай атомууд байдаг;
Бараг торны үүднээс авч үзвэл, икосаэдр квазиталстуудыг проекцын аргын зургаан хэмжээст Бравайсын торонд P-төрөл (анхны), F-төрөл (fcc) ба I-төрөл (bcc) гэсэн гурван төрөлд ангилдаг.
Икосаэдр квази-торыг зургаан хэмжээст (6D) тороор өвөрмөц байдлаар дүрсэлсэн байдаг. Тохиромжтой болгох үүднээс 6D орон зайг тример (3D) физик (зэрэгцээ) орон зай болон перпендикуляр гэж нэрлэдэг нэмэлт (3D)+ болгон задалдаг. 6D орон зайд харилцан уялдаатай тор нь үе үе байдаг. Дифракцийн максимумуудын ээлжийн үечлэлгүй байдал, тухайлбал, икосаэдрик байдал нь орон зайн иррационал огтлолтой холбоотой юм. Үүний нэг жишээ бол Зураг 2.1-д үзүүлсэн хоёр хэмжээст ойртсон тооцоолол юм.
Зураг 2.1 - Хоёр хэмжээст үечилсэн бүтцээс зүсэлт ба проекцын аргыг ашиглан нэг хэмжээст квазикристал байгуулах.
Талстуудын физикийн чухал асуудал бол тэдгээрийн атомын бүтцийн тухай ойлголт юм. Үүнийг ихэвчлэн орлуулах математикийн онолыг ашиглан тайлбарладаг. Орлуулах гэдэг нь бүхэл бүтэн талбайг бүрхэх эсвэл бүхэл бүтэн орон зайг давхцдаггүй тоогоор дүүргэх явдал юм. Өнөөдөр квазикристалын бүтцийг тодорхойлоход үндсэндээ хоёр загвар, хоёр аргыг ашигладаг. Эхнийх нь "тавих загвар", "орлуулах загвар" гэж нэрлэгддэг хоёр хэмжээст орон зайг завсарлагагүй Penrose хавтангаар (ромбус), орон зайг хоёр ромбоэдрээр дүүргэдэг.
Энгийн хэлбэрээр Penrose хавтанцар нь хоёр төрлийн алмааз хэлбэрийн багц юм: нэг нь 36º (нимгэн) дотоод өнцөгтэй, нөгөө нь 72º (зузаан алмаз). Хязгааргүй Penrose мозайк дээр "зузаан" ромбуудын тоог "нимгэн" тоонд харьцуулсан харьцаа нь алтан харьцааны утгатай яг тэнцүү бөгөөд энэ тоо нь үндэслэлгүй тул энэ мозайк дээр үүнийг салгах боломжтой. төрөл бүрийн ромбын тоотой байх энгийн дунд хэсэг. Пенроузын паркетан нь ямар ч ээлжийн үед өөрчлөгддөггүй тул үе үе солигддоггүй. Гэсэн хэдий ч, энэ орлуулалтын аливаа төгсгөлтэй бөөм нь орлуулалтын туршид хязгааргүй олон удаа тохиолддог тул үүнд тодорхой дараалал бий.
Зураг 2.2-т энэ орлуулалт нь тав дахь эрэмбийн тэнхлэгтэй, өөрөөр хэлбэл арав дахь цэгийг тойрон 72 ° өнцгөөр эргүүлэхэд өөрөө болж хувирдаг болохыг харуулж байна. Оройнуудын тодорхой өнцгөөр икосаэдр тасралтгүй бүтэц гарч ирдэг.
Зураг 2.2 - Апериод хавтгай Penrose стекийн төв хэсэг
"Кластер" загварт квазикристалын бүтцийг ижил эсийн бүтцээр төлөөлдөг. Хоёр хэмжээст тохиолдлын хувьд эдгээр нь Гумбелтийн арван өнцөгт (Зураг 2.3) бөгөөд зарим зохиогчид эдгээр Хумбелт арван өнцөгтийг хагас талстын хоёр хэмжээст нэгж эс гэж санал болгодог. 3D орон зайд ромб хэлбэртэй триаконтаэдрүүдийг ашигладаг.
болор торны нэг хэмжээст нэвтрүүлэг
Пенроузын ижил төстэй бүтцийг зөвхөн гурван хэмжээст хувилбараар тайлбарлах арга. Нэг диагональтай зургаан Penrose ромбус нь хавтгай эсвэл сунасан хоёр ромб хэлбэртэй зургаан өнцөгт параллелепипед үүсгэдэг. Гексаэдр тус бүрээс хоёр нь ромб хэлбэртэй додекаэдр үүсгэдэг. Энэ хоёр талт орон зайг дүүргэж чаддаг, учир нь зургаан өнцөгтийн янз бүрийн дотоод өнцгүүдийг нэгтгэх үед хаалттай оройг үүсгэдэг.
Хэксаэдр тус бүрээс гурвыг нь ромб хэлбэртэй додекаэдр тойроод ромб хэлбэртэй икосаэдр үүсгэдэг ба түүний эргэн тойронд зургаан талт бүрээс таван ширхэг нэмж ромб хэлбэртэй триакотаэдр үүсгэдэг. Хоёр ромбик зургаан өнцөгт нь Пенроузын зохион байгуулалтын хоёр элементтэй төстэй бөгөөд ромб троиакотаэдр нь Пенроузын элементүүдээс үүссэн арван өнцөгттэй төстэй юм. Пенроузын хийцээс үүссэн арван өнцөгт нь тохирох квазикристалын арван өнцөгтөөс том хэмжээтэй байдаг, өөрөөр хэлбэл ямар ч гурван хэмжээст аналогт ижил төстэй харилцааг хүлээж болно.
Зарим зохиогчид эдгээр арван өнцөгтийг квазикристалын хоёр хэмжээст элементар төв, ромб хэлбэрийн триаконтаэдроныг гурван хэмжээст гэж үзэхийг санал болгож байна. Триаконтаэдруудыг гурван хэмжээст бүтэцтэй холбох нь талстуудынх шиг холбоос дээр биш, харин давхцаж байдаг. Зураг 2.4-т үзүүлсэн давхардсан гурван арга байдаг.
Зураг 2.4 - Триаконтаэдрыг гурван хэмжээст талст бүтэц болгон нэгтгэх гурван арга
Тогтвортой икосаэдр квазикристалл үүсэх үндсэн шалгууруудаас дараахь зүйлийг ялгаж салгаж болно.
1. Квазикристалууд нь зөвхөн металлын хоёртын AmBn эсвэл гурвалсан (A, C)mBn системд үүсдэг;
2. Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн атомуудын хэмжээсийн харьцаа нь дур зоргоороо биш, харин rB/rA байх ёстой юу? эсвэл rB/
3. Бүрэлдэхүүн хэсгүүд ба тэдгээрийн концентрацийг электрон атомын концентраци e/am 1.75 эсвэл 2.0...,2.1 байхаар сонгоно. Энэ баримт нь Hume-Rothery электрон фазуудтай холбоотой квазикристаллуудыг бий болгодог.
Атомын бүтцийн үүднээс авч үзвэл бүх QС нь кластер материал болох нь тогтоогдсон. Тэдний бүтэц нь сансар огторгуйд үе үе давтагддаг атомын бөөгнөрөлүүдээс бүрддэг. Эдгээр бөөгнөрөл нь нэг төрлийн атом бүрийг өөр төрлийн атомуудтай икосаэдр буюу додекаэдрээр хүрээлэгдсэн байхаар зохион байгуулагдсан байдаг: МакКэй (54 атом), Бергман (44-45) ба Цай. (Эхний хоёрыг нэгтгэсэн) МакКэй ба Бергман кластерын бүх гурван бүрхүүлийн зургийг Зураг 2.5-т үзүүлэв. Зургаас харахад атомууд нь бөөгнөрөл хэлбэрээр байрладаг бөгөөд икосаэдр тэгш хэмийг хадгалдаг. Ойролцоогоор талстууд, өөрөөр хэлбэл бүтэц нь хоёр төрлийн кластер агуулсан, үечилсэн дарааллаар байрласан фазууд байгаа нь квазиталстуудын бүтцийн тодорхойлолт зөв болохыг баталж байна. Зураг 2.6-д зааснаар бүх тогтвортой QC-ийг e/am ба a/ координатаас хамааран хоёр хэсэгт цуглуулсан болно.
Зураг 2.5 - Бергман (1) ба Маккей (2) төрлийн икосаэдр квазиталстуудын кластеруудын бүтэц.
Зураг 2.6 - Нэг атом дахь электрон нягт ба aq/‹d› хоорондын хамаарал.
