준결정 구조체와 변조 구조를 잇는 비정기 근사체 연구: 새로운 결정학 이해 제공

Seoul도쿄 공업대학의 연구진이 비주기성 결정에 대해 중요한 발견을 했습니다. 이 특별한 물질들은 1960년대에 처음 발견되었으며, 일반적인 결정의 반복적인 패턴을 따르지 않습니다. 비주기성 결정에는 두 가지 주요 유형이 있는데, 하나는 질서 있으면서도 반복되지 않는 패턴을 가진 준결정(QCs)이며, 또 하나는 정기적인 구조가 공간적인 변화를 통해 변형된 불상응 변조 구조(IC)입니다.

고가 아키히사 부교수의 팀은 준결정(QCs)과 비정수 결정(ICs)의 관계를 연구하기 위해 특별한 벌집 구조를 만들었습니다. 그들은 새로운 방법을 사용하여 벌집 패턴을 만들어 IC 구조를 모사했습니다.

주요 내용:

• 준결정: 규칙적이지만 주기적이지 않은 배열
• 비공명 변조 구조: 공간적으로 변조된 주기적 구조
• 연구는 준결정과 비공명 구조의 관계를 탐구하기 위해 벌집 타일링을 활용

연구자들은 작은 육각형과 큰 육각형, 그리고 평행사변형 타일을 사용하여 패턴을 만들었다. 그들은 타일을 평면에 배치하였고, 큰 육각형과 작은 타일들 간의 크기 비율이 황금비, 은비, 동비와 일치하도록 배열했다.

황금비를 사용할 때 배열은 준주기적인 구조를 형성했습니다. 금속적 비율이 증가함에 따라 타일은 IC 변조 구조와 유사한 패턴을 형성했습니다. 이는 QCs와 ICs 간의 변화가 이러한 금속 비율에 의해 영향을 받을 수 있음을 나타냅니다.

연구자들은 금속 평균 타일링 패턴을 이론적 모델뿐만 아니라 실제 고분자에서도 관찰했습니다. ISP 트리블록 터폴리머를 사용하여 이러한 패턴을 확인했으며, 투과 전자 현미경 이미지를 통해 이 고분자들이 세 가지 유형의 타일인 L, P, S로 표현될 수 있음을 보였습니다. 그중 P 타일은 방향의 변화를 나타내었고, 연구자들은 이를 쌍둥이 경계로 간주했습니다.

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유사한 결과가 작은 부유 입자에서도 관찰되었습니다. 특정 상호작용 잠재력을 사용하여 10,000개의 입자를 모델링했습니다. 이 입자들은 위쪽과 아래쪽을 가리키는 삼각형으로 이루어진 패턴으로 스스로 정렬되었습니다.

이 발견은 재료 과학 분야에 중요합니다. 비주기적 근사는 재료의 특성을 더 잘 이해하고 조작하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이 연구는 P31m 평면군을 사용하여 연질 물질 시스템에서 변조를 유도하는 데 이러한 근사가 얼마나 효과적인지를 강조합니다. P 타일의 줄은 벌집 격자의 도메인 경계 역할을 하여 금속 평균 육각형 QC와 IC 변조 벌집 격자를 연결합니다.

이러한 발견은 준결정에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 과학자들은 유사한 구조를 활용하여 도메인벽 구조를 설계할 수 있습니다. 이는 재료과학과 나노기술 같은 다양한 분야에서 유용할 수 있습니다.

이러한 구조의 작동 방식을 이해하고 조절함으로써, 이전에는 얻을 수 없었던 특별한 특성을 가진 소재를 만들 수 있습니다. 이 연구는 이러한 복잡한 소재의 잠재력을 활용하는 데 있어 중요한 첫걸음입니다.