Po celá staletí byli matematici i podlahové designéři fascinováni tvary, které mohou dlákat letadlo – zejména ty, které tak činí bez opakování.
Nyní tým chemiků popsal molekulu, která Přirozeně se shromažďuje do těchto nepravidelných vzorůPoložení základu pro inženýrské materiály, které se chovají jinak než běžné pevné látky.
„Když se zdá, že tyto věci vznikají spontánně v přírodě, myslím, že je to naprosto fascinující,“ říká Craig Kaplan, matematik a počítačový vědec na University of Waterloo v Kanadě, který nebyl do studie zapojen. „Vypadá to, že jsi našel v matici závadu.“
V roce 2018 chemik Karl-Heinz Ernst a jeho kolegové postřikovali speciální uhlovodíkovou molekulu na stříbrný substrát a sledovali jeho formování vzorů mikroskopem.
„Viděli jsme něco, co bylo docela překvapivé a úžasné,“ říká Ernst ze švýcarských federálních laboratoří pro materiálové vědy a technologii v Dübendorfu. Usazené molekuly vytvořily tříbodové spirály, které se seskupily do trojúhelníků mírně odlišných velikostí. V každém z přibližně 100 experimentů vědci našli nové trojúhelníkové sekvence, které se zdálo, že se nikdy neopakují. Seděli na těchto obrázcích po celá léta a snažili se o ně pochopit.
Poté, v roce 2023, Kaplan a spolupracovníci ohromil svět matematiky Když našli nepolapitelnou dlaždici Einsteinu-jediný tvar, který může naplnit podlahu pouze nepevněným vzorem, což znamená, že je aperiodická. Matematický objev pomohl Ernstovi a kolegům dát kousky dohromady: zdálo se to, že narazili na jakýsi molekulární einstein.
Kaplan varuje, že vzory v tomto materiálu nejsou aperiodické ve stejném smyslu jako einsteinová dlaždice. Kusy se přesně nehodí a je nepravděpodobné – ne -li nemožné – že mohou dlaždice pouze s neopakujícími vzory. Ale i bez dosažení skutečné aperiodicity může nové vzorce stačit k udělení materiálu některé zdánlivě magické vlastnosti, říká Kaplan.
Fyzici to věděli po celá desetiletí Elektrony se chovají jinak V kvazikrystalech materiály, jejichž atomová struktura vykazují určitý rozsáhlý řád, ale postrádají opakované vzory. V loňském roce blikal fyzik Felix na University of Bristol v Anglii vybudovat počítačovou simulaci kvazicrystalu založeného na kaplanově dlaždici Einstein, která předpovídala, že bude působit jako a oklamaný list grafenu.
Jak říká Flicker, říká Flicker, jak se kvazicrystaly v přírodě zůstávají. Spirály Ernst rostly, mohou poskytnout některé stopy.
Klíč k nepravidelnému chování této molekuly, hlášeno v lednu 2025 v Přírodní komunikacemůže být entropií jeho souhvězdí.
Entropie je míra míry Jak narušený je materiálnebo alternativně, jak statisticky je jeho atomové uspořádání. Molekula má dva triky, díky nimž je neobvykle všestranně: může snadno převádět mezi dvěma odlišnými tvary zrcadlového obrazu a tvoří velmi slabé mezimolekulární vazby, což mu umožňuje relativně snadno přepínat mezi konfiguracemi ve velkém měřítku. Tyto dvě vlastnosti společně znamenají, že existuje mnoho možných způsobů, jak se molekuly uspořádat bez opakování, říká Ernst. Molekuly se tak stávají do vyšších entropie, neopakujících se vzorů-uspořádání co nejvíce znepokojivým způsobem.
Flicker říká, že nová studie poskytuje „opravdu pěkný příklad této teorie„ pořadí po poruše ““ tvorby kvazikrystalu. Pochopení obecných principů nepravidelného uspořádání by mohlo vědce nasměrovat k lepším způsobům, jak vytvořit kvazikrystaly na vyžádání. Flicker věří, že odhalení nových vzorců, které leží mezi pravidelností a náhodností, musí na neočekávaných místech přinést vzrušující spojení.
Ernst je ponížen skutečností, že molekuly tyto vzorce našly všechny samy o sobě. „To je příroda, která dělá matematiku,“ říká.
Zdrojový odkaz
