Verbindung von Quasikristallen und modulierten Strukturen durch aperiodische Annäherungen entdecken

BerlinForscher des Tokyo Institute of Technology haben eine bedeutende Entdeckung über aperiodische Kristalle gemacht. Diese besonderen Materialien, die erstmals in den 1960er Jahren entdeckt wurden, folgen nicht den üblichen periodischen Mustern regulärer Kristalle. Es gibt zwei Haupttypen aperiodischer Kristalle: Quasikristalle (QCs), die geordnete, aber nicht wiederholende Muster aufweisen, und inkongruente modulierte Strukturen (IC), bei denen reguläre Strukturen durch räumliche Variationen verändert wurden.

Das Team von Associate Professor Akihisa Koga entwickelte eine spezielle Wabenstruktur, um die Verbindung zwischen Quasikristallen (QCs) und inkommensurablen Kristallen (ICs) zu untersuchen. Sie nutzten eine neue Methode, um ein Wabenmuster zu schaffen, das IC-Strukturen simuliert.

Wichtige Erkenntnisse:

• Quasikristalle: Geordnete, aber nicht periodische Strukturen
• Inkommensurabel modulierte Strukturen: Periodische Anordnungen mit räumlichen Modulationen
• Untersuchung nutzte Wabengitter, um die Beziehung zwischen QCs und ICs zu erforschen

Die Forscher erstellten ein Muster aus kleinen und großen Sechsecken sowie Parallelogrammfliesen auf einer ebenen Fläche. Dabei achteten sie darauf, dass das Größenverhältnis zwischen den großen Sechsecken und den kleineren Kacheln den goldenen, silbernen und bronzenen Schnitt einhielt.

Beim Einsatz des Goldenen Schnitts entstand eine stark quasiperiodische Struktur. Mit zunehmendem metallischen Mittelwert bildeten die Kacheln Muster, die den IC-modulierten Strukturen ähnelten. Dies deutet darauf hin, dass die Veränderung zwischen QCs und ICs durch diese metallischen Verhältnisse beeinflusst werden kann.

Forschungsergebnisse zeigen, dass das Metallmittel-Wellenmuster nicht nur in theoretischen Modellen, sondern auch in realen Polymeren unter Verwendung eines ISP-Triblockterpolymers beobachtet wurde. Elektronenmikroskopaufnahmen offenbarten, dass diese Polymere durch drei Arten von Kacheln dargestellt werden können: L, P und S. Die P-Kacheln wiesen auf Orientierungsänderungen hin, die von den Forschern als „Zwillingsgrenzen“ interpretiert wurden.

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Ähnliche Ergebnisse wurden auch bei kleinen schwebenden Partikeln beobachtet. Man modellierte 10.000 Partikel anhand eines spezifischen Wechselwirkungspotenzials. Die Partikel ordneten sich in Muster aus auf- und abwärts gerichteten Dreiecken.

Neue Erkenntnis:

Diese Entdeckung ist von großer Bedeutung für die Materialwissenschaften. Nichtperiodische Annäherungen können helfen, die Eigenschaften von Materialien besser zu verstehen und zu manipulieren. Die Forschung verdeutlicht, wie effektiv diese Annäherungen sind, um Modulationen in Weichmattersystemen mithilfe der P31m-Ebenengruppe zu induzieren. Reihen von P-Kacheln fungierten als Grenzflächen im Wabengitter und verknüpften somit metallische Mittelwerte von hexagonalen Quasikristallen mit unregelmäßig modulierten Wabengittern.

Diese Entdeckungen eröffnen neue Einblicke in aperiodische Kristalle. Wissenschaftler können ähnliche Strukturen nutzen, um Domänenwandstrukturen zu entwerfen. Dies könnte in vielen Bereichen wie der Materialwissenschaft und der Nanotechnologie von großem Nutzen sein.

Indem wir lernen, wie diese Strukturen funktionieren und sie geschickt nutzen, können wir Materialien mit einzigartigen Eigenschaften herstellen, die bisher unerreichbar waren. Diese Forschung ist ein entscheidender erster Schritt, um die Möglichkeiten dieser komplexen Materialien auszuschöpfen.