Οι βραβευμένοι με το Νόμπελ Χημείας 2011 ημικρύσταλλοι είναι από το διάστημα!

Απεικόνιση της δομής ενός ημικρυστάλλου στον υπολογιστή. Εικόνα Eric Heller

Οι μοναδικοί φυσικοί ημικρύσταλλοι που έχουν βρεθεί ως τώρα στη Γη είναι τελικώς… εξωγήινοι. Στο συμπέρασμα αυτό καταλήγουν οι επιστήμονες που τους ανακάλυψαν πριν από δυο χρόνια σε δείγματα πετρωμάτων από τα βουνά της Ρωσίας.
Όπως υποστηρίζουν στη μελέτη τους, η οποία δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση «Proceedings of the National Academy of Sciences», η «ειδικών συνθηκών» χημεία των ρωσικών ημικρυστάλλων υποδηλώνει ότι μάλλον σχηματίστηκαν στο Διάστημα και έφθασαν ως εδώ με κάποιον μετεωρίτη.

A Ho-Mg-Zn icosahedral quasicrystal formed as a dodecahedron, the dual of the icosahedron

Αδύνατη δομή

Οι ημικρύσταλλοι έχουν τόσο ιδιόρρυθμη δομή ώστε μέχρι πρόσφατα θεωρείτο ότι δεν μπορούν να υπάρξουν παρά μόνο στα επιστημονικά εργαστήρια. Ο Ντάνιελ Σέχτμαν άλλωστε, ο οποίος τιμήθηκε πέρυσι με το βραβείο Νόμπελ Χημείας για την ανακάλυψή τους στη δεκαετία του 1980, είχε αρχικά αντιμετωπίσει ακόμη και τον χλευασμό των συναδέλφων του οι οποίοι θεωρούσαν ότι τα αντικείμενα που περιέγραφε ήταν «αδύνατα».

Prof. Dan Shechtman

Η αλλόκοτη δομή τους βρίσκεται ανάμεσα σε αυτή του γυαλιού και των κρυστάλλων και ξεφεύγει από τους γενικώς αποδεκτούς κανόνες της «κρυσταλλικής» συμμετρίας.
Αν και η διάταξη των ατόμων των ημικρυστάλλων είναι συμμετρική, δεν επαναλαμβάνεται ποτέ με τον ίδιο τρόπο – δεν χαρακτηρίζεται δηλαδή από την περιοδικότητα που παρατηρείται στους κρυστάλλους. Επίσης οι ηλεκτρικές και χημικές τους ιδιότητες είναι διαφορετικές.

Electron diffraction pattern of an icosahedral Ho-Mg-Zn quasicrystal

Στα ρωσικά βουνά

Τόσο παράξενες δομές θεωρείτο ότι είναι αδύνατον να προκύψουν με φυσικό τρόπο και έτσι, αφού τελικά τους αποδέχθηκαν, οι επιστήμονες πίστευαν ως πρόσφατα ότι οι ημικρύσταλλοι αποτελούν αποκλειστικά «προϊόν του εργαστηρίου».

The minerals were the first reported naturally-occurring quasicrystals

Η αντίληψη αυτή ανατράπηκε το φθινόπωρο του 2008, όταν ο Λούκα Μπίντι, ερευνητής στο Μουσείο Φυσικής Ιστορίας της Φλωρεντίας, εντόπισε ημικρυστάλλους στα δείγματα ενός ορυκτού της συλλογής του μουσείου που προέρχονταν από τα όρη Κοριάκ της Ρωσίας. Ο κ. Μπίντι ήλθε σε επαφή με τον Πολ Στάινχαρντ του Πανεπιστημίου Πρίνστον και οι ομάδες τους συνεργάστηκαν για τη μελέτη τους.
Έναν χρόνο αργότερα τα πρώτα συμπεράσματά τους δημοσιεύθηκαν στην επιθεώρηση «Science»: τα ρωσικά δείγματα – ένα κράμα αλουμινίου, χαλκού και σιδήρου – αποδείκνυαν για πρώτη φορά ότι οι ημικρύσταλλοι μπορούν να δημιουργηθούν με φυσικό τρόπο και να παραμείνουν σταθεροί σε κανονικές συνθήκες, έξω από το εργαστήριο.

Εξωτικές συνθήκες δημιουργίας

Το ερώτημα ήταν, πώς μπορούσε να γίνει αυτό; Ποιες ήταν οι απαραίτητες συνθήκες για τη φυσική δημιουργία τους; Ύστερα από δυο ακόμη χρόνια μελέτης οι ερευνητές κατέληξαν σε ένα συμπέρασμα – ότι οι ρωσικοί ημικρύσταλλοι είναι πραγματικά εξωτικοί και ότι γεννήθηκαν στο Διάστημα.
Οι ειδικοί χρησιμοποίησαν την τεχνική της φασματομετρίας μάζας για να μετρήσουν τα ισότοπα οξυγόνου που περιέχονταν στα δείγματα του ορυκτού. Διαπίστωσαν ότι το μοτίβο των ισοτόπων οξυγόνου που προέκυψε δεν έμοιαζε με αυτό κανενός από τα γνωστά ορυκτά της Γης. Αντιθέτως είχε κοινά στοιχεία με το μοτίβο που προκύπτει στον ανθρακούχο χονδρίτη, ένα είδος μετεωρίτη.
Τα δείγματα περιείχαν επίσης μια μορφή διοξειδίου του πυριτίου η οποία μπορεί να σχηματιστεί μόνο σε πολύ υψηλές πιέσεις, γεγονός το οποίο όπως υποστηρίζουν οι ερευνητές σημαίνει ότι σχηματίστηκε είτε στον μανδύα της Γης είτε σε μια σύγκρουση υψηλών ταχυτήτων, όπως αυτές που παρατηρούνται κατά την πρόσκρουση ενός μετεωρίτη.
«Τα στοιχεία δείχνουν ότι οι ημικρύσταλλοι μπορούν να δημιουργηθούν με φυσικό τρόπο υπό αστροφυσικές συνθήκες και να παραμείνουν σταθεροί σε κοσμικές χρονικές κλίμακες» τονίζουν οι επιστήμονες στο σχετικό άρθρο τους.

240 E₈ polytope vertices using 5D orthographic_projection to 2D using 5-cube (Penteract) Petrie_polygon basis_vectors overlaid on electron diffraction pattern of an Icosahedron Zn-Mg-Ho Quasicrystal.

Πηγή: Το Βήμα
 http://www.newscientist.com/article/dn21325-nobel-prizewinning-quasicrystal-fell-from-space.html
 http://en.wikipedia.org/wiki/Quasicrystal
 http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-16393296