Egy kvázikristály, amelynek ismerjük a születésnapját

 

A trinitit vörös változata

Mi is az a kvázikristály? Átmenet az anyag szabályos, kristályos formája és a szabálytalan, amorf, üvegszerű formája közt. Olyan anyagszerkezet, amelyben vannak szabályosan ismétlődő elemek, ám nem egyetlen elem periodikus ismétlődéséből állnak, mint a kristályok, hanem többféle elem szabálytalan ismétlődéséből épülnek fel.

A kvázikristályokat az 1980-as évek elején fedeztük csak fel, és akkor még csak mesterséges kvázikristályokról tudtunk, később Nobel-díj is járt érte (Daniel Shechtman, 2011.), és a különleges szerkezetű, átmeneti anyagokat eddig csak laborból, illetve egyes meteoritokból ismertük. Nemrégiben azonban egy különleges helyszínen bukkantak rá egy kvázikristályra: az első atombomba felrobbantása helyén, az új-mexikói Alamogordo-ban. Innen már jól ismerjük a trinitit (a Trinity atombomba neve után) ásványt, amely az atomrobbantáskor keletkezett, nagyrészt üvegszerű, zöldes-fehéres színű, azonban van egy ritka, vörös színűmegjelenési formája is. A robbanás során a levegőbe röpült a helyi sivatagi homok is, és ennek a megolvadása majd visszahűlése során alakult ki a trinitit, a speciális színét a benne lévő egyéb anyagoknak, szennyeződéseknek köszönheti. A robbanáskor nemcsak a homok olvadt meg ugyanis, hanem a vas tartószerkezet is, amelyen a bomba függeszkedett, illetve a különböző kábelek is, ez utóbbiak adták a vörös színt. A kérdéses születésnap pedig 1945. július16.

"Klasszikus" zöld trinitit

Ez az ember alkotta ásvány tartalmazza az általunk előállított legrégibb kvázikristályt is. A trinitit vizsgálata nemcsak az atomrobbantás során fennálló körülményekről mesél, hanem azt is elősegíti, hogy például az e kísérleteket tiltó egyezmények betartását ellenőrizni lehessen.

A jobb oldalon nyíllal jelzett kicsiny folt a vörös trinititben felfedezett kvázikristály

A vörös trinitit speciális esete volt az a nemrég megtalált, kb. 10 mikron átmérőjű olyan kvázikristályos szerkezetű anyagdarabka, amelynek ötszörös forgásszimmetriája a normál kristályszerkezetben elképzelhetetlen volna, ikozaéderes szerkezetű, kémiai összetétele pedig Si61Cu30Ca7Fe2. Különlegessége, hogy egészen pontosan ismerjük, mikor keletkezett.

Az ilyen anyag létrejötte extrém körülmények közt lehetséges csupán, rendkívüli hőmérséklet, sokk és nyomás szükséges hozzá, egy atomrobbanás pedig pont ezekkel rendelkezik. Hasonlót egy orosz meteoritból ismerhetünk, a Khatyrka-meteoritban háromkülönböző kvázikristályra bukkantak rá, ezek egyike is ikozaéderes szerkezetű. E meteorit feltehetően két kisbolygó (bolygókezdemény) ütközésének szülötte, így ez is elég viharos körülmények közt jött létre. Az eddig készített és felfedezett kvázikristályokra jellemző a rendkívüli kialakulási körülményeken kívül az is, hogy fémeket tartalmaz, és olyan összetevők keverednek bennük, amelyek normál körülmények közt nem tudnának elegyedni, ez a trinititben felfedezettre is igaz.

Légi felvétel a Trinity robbantásának helyszínéről

Paul Steinhardt és kutatótársai szándékosan kerestek a trinititben kvázikristályokat, és mintegy 10 évi kutatómunka hozta meg végül a gyümölcsét. Igazából az összetétel fura is, mivel rengeteg szilícium van a kvázikristályban a fémek mellett, ráadásul az ásványok, kőzetek általában oxidált formában tartalmaznak szilíciumot. Már önmagában az oxidáció megfordításához (hisz sivatagi homok volt az egyik alapanyag) rendkívüli nyomás- és hőviszonyok, speciális körülmények voltak szükségesek. A kutató úgy véli, akár más, hasonlóan viharos körülmények (ez esetben szó szerint) közt születő anyagokban is lehet kvázikristály, például a villámcsapásokban keletkező fulguritok esetében is érdemes lehet még keresni.

Ezekről az igen komplex anyagokról, vagyis a kvázikristályokról nem túl sokat tudunk még, a mostani felfedezés egy újabb apró lépés a megismerésükhöz.