準結晶と変調構造をつなぐ非周期近似体の新たな研究が結晶学を解明

Tokyo東京工業大学の研究者たちは、非周期結晶について重要な発見をしました。これらの特別な物質は、1960年代に初めて発見され、通常の結晶のような繰り返しパターンを持ちません。非周期結晶は大きく2つのタイプに分かれます。一つは、秩序はあるが繰り返しのないパターンを持つ準結晶（QC）で、もう一つは空間的変動によって構造が変化した不適合変調構造（IC）です。

古賀昭久准教授の研究チームは、準結晶（QCs）と不整合結晶（ICs）の関連を調べるために特別なハニカム構造を作成しました。彼らは新しい方法を用いてハニカムパターンを作り、不整合結晶構造をシミュレートしました。

キーポイント:

• 準結晶（クォシクリスタル）は、秩序があるが周期性がない配置です。
• 非調和的に変調された構造は、周期的でありながら空間的に変調されます。
• 研究では、ハニカムタイルを使用して準結晶と非調和構造の関係を探求しました。

研究者たちは、小さい六角形と大きい六角形、そして平行四辺形のタイルを使用して模様を作り、平面上に配置しました。タイルの配置において、大きい六角形と小さいタイルのサイズ比率が黄金比、白銀比、青銅比に合うようにしました。

黄金比を用いると、配置が準周期構造を生み出しました。金属比が増加すると、タイルはIC変調構造に似たパターンを形成しました。これは、QCsとICsの間の変化がこれらの金属比によって影響を受ける可能性があることを示しています。

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研究者たちは、理論モデルだけでなく、実際のポリマーにおいてもメタリックミーンのタイルパターンを観察しました。ISPトリブロック三元共重合体を使用し、透過型電子顕微鏡の画像で、このポリマーがL、P、Sの3種類のタイルで表されることを確認しました。Pタイルは向きの変化を示しており、研究者たちはこれを双晶境界と見なしました。

類似の結果は、小さな浮遊粒子でも観察されました。特定の相互作用ポテンシャルを用いて10,000の粒子がモデル化されました。これらの粒子は、上下に向いた三角形で構成されたパターンを自ら形成しました。

この発見は材料科学において重要です。準周期的近似構造は、材料の特性をよりよく理解し、操作するのに役立ちます。この研究は、P31m平面群を用いてソフトマターシステムに変調を誘発する際のこれらの近似構造の有効性を強調しています。Pタイルの列はハニカム格子内のドメイン境界として機能し、これにより金属平均の六角形準結晶が不規則変調されたハニカム格子と結び付けられています。

これらの発見は、準周期的な結晶に関する新たな洞察をもたらします。科学者たちは、同様の構造を利用してドメインウォール構造を設計することができます。これは、材料科学やナノテクノロジーなど多くの分野で有用です。

これらの構造の仕組みを理解し管理することで、従来では実現できなかった特別な特性を持つ材料を作り出すことが可能になります。この研究は、これらの複雑な材料の可能性を活用するための重要な第一歩です。