2014年12月24日
有史以来最复杂的晶体结构在计算机模拟实现了密歇根大学的研究人员。他们说,这个发现有助于证明复杂性如何摆脱简单的规则。
密歇根工程研究人员模拟有史以来最复杂的晶体结构——一个二十面体准晶体。图片来源:迈克尔·恩格尔
他们的“二十面体准晶体”(eye-KO-suh-HE-druhl QUAZ-eye-cris-tahl)看起来有序,但没有重复的模式。同时,它是对称的旋转时,像一个足球5倍和6倍补丁。
这个属性,称为二十面体对称,经常发现在小尺度上一个点左右。它在病毒外壳或巴克球- 60个碳原子组成的分子。但这是被禁止的在传统的晶体。像试图与五角大楼瓷砖浴室地板上,二十面体不很好地填补空间,研究研究员迈克尔·恩格尔说化学工程系和第一作者论文的研究结果发表在《自然材料》上。亚博网站下载
“一个二十面体准晶体是一种自然的实现大部分的二十面体对称。这只是可能放弃周期性,这意味着通过重复订单。结果是一个高度复杂的结构,”恩格尔说。
二十面体准晶体,通常发现在金属合金,赢得了化学家发现了他们30多年前诺贝尔奖。但是工程师们仍在寻找有效的方法来让他们与其他材料。亚博网站下载由于他们的高对称旋转下,他们可以有一个属性称为“光子带隙”。A photonic bandgap occurs when the spacing between the particles is similar to that of light. Particles arranged in this way could trap and route light coming from all directions.
“如果二十面体准晶体可以制成纳米micro-meter大小的粒子,它们可能是有用的在各种各样的应用程序包括通信和显示技术,甚至伪装,”莎朗说Glotzer,yabo214斯图亚特·W丘吉尔大学密歇根大学化学工程教授。
虽然这些应用程序是诱人的,他们非常投机。研究人员说,这些发现的最令人兴奋的方面是他们提供的洞察力如何二十面体准晶体形式。
“当研究人员研究准晶体在实验室里,他们通常缺乏直接的原子的位置信息。他们看看材料散射光。亚博网站下载从来没有人得到一个二十面体对称热力学自组装在一个计算机模型,该模型不是由手,几十年来,研究人员一直在“Glotzer说。
仿真将允许研究人员首次观察二十面体对称发展。
密歇根大学仿真做了只使用一种类型的粒子,这是独一无二的。一般来说,两个甚至三个原子元素需要实现一个准晶体结构。
虽然最终产品显示远程秩序,粒子只与那些三particle-distances交流。yabo214当研究人员近距离观察时,他们发现这些交互统治的黄金比例。黄金比例约为1.61,数学和艺术重要的数字,首次研究了古希腊人。斐波那契序列相关,简单的数字0和1开始发展的下一个数字是前两个的和,所以0,1,1,2,3,5,8,13,等等。这是可见的安排花瓣的花,种子在松果,分支的树和螺旋鹦鹉螺壳,例如。
“这些发现帮助回答基本问题是非常重要的性质:你怎么从本质上得到真正复杂的原子和分子安排当地的信息?这是一个美丽的一些令人难以置信的丰富的例子非常简单的规则结构,”Glotzer说。
发现上一篇论文题为“计算单组份二十面体准晶体的自组装”发表在自然材料。亚博网站下载Glotzer教授也是材料科学与工程、高分子科学与工程和物理学亚博网站下载院的文学亚博老虎机网登录、科学和艺术。这项研究是由美国陆军研究办公室,国防部和美国国家科学基金会。亚博老虎机网登录
来源:http://ns.umich.edu/