Een brug slaan tussen quasicristallen en gemoduleerde structuren met aperiodieke benaderingen

AmsterdamOnderzoekers aan het Tokyo Institute of Technology hebben een baanbrekende ontdekking gedaan over aperiodieke kristallen. Deze bijzondere materialen, die voor het eerst in de jaren 1960 werden ontdekt, volgen niet de gebruikelijke herhalende patronen van reguliere kristallen. Er zijn twee hoofdtypen aperiodieke kristallen: quasicristallen (QC's), die geordende maar niet-herhalende patronen hebben, en incommensurabel gemoduleerde structuren (IC), die regelmatige structuren zijn die zijn veranderd door ruimtelijke variaties.

Het team van universitair hoofddocent Akihisa Koga ontwierp een speciaal honingraatpatroon om het verband tussen quasikristallen (QCs) en incommensurate kristallen (ICs) te onderzoeken. Ze gebruikten een nieuwe methode om een honingraatstructuur te creëren en zo IC-structuren te simuleren.

Belangrijkste Punten:

• Quasicristallen: Geordende maar niet-periodieke structuren
• Incommensurabel gemoduleerde structuren: Periodiek met ruimtelijke modulaties
• Onderzoek gebruikt honingraatpatronen om de relatie tussen QC's en IC's te verkennen

De onderzoekers creëerden een patroon met kleine en grote zeshoeken en parallellogramtegels op een vlak oppervlak. Ze schikten de tegels zodanig dat de grootteverhouding tussen de grote zeshoeken en de kleinere tegels overeenkwam met de gouden, zilveren en bronzen verhoudingen.

Bij gebruik van de gulden snede ontstond een quasi-periodieke structuur. Naarmate de verhouding van het metalen gemiddelde toenam, vormden de tegels patronen die lijken op IC-gemoduleerde structuren. Dit suggereert dat de overgang tussen QC's en IC's beïnvloed kan worden door deze metalen verhoudingen.

Onderzoekers ontdekten het metallic-mean tegelpatroon niet alleen in theoretische modellen, maar ook in echte polymeren met behulp van een ISP triblock terpolymeer. Opnamen met de transmissie-elektronenmicroscoop toonden aan dat deze polymeren konden worden weergegeven door drie soorten tegels: L, P en S. De P-tegels gaven veranderingen in oriëntatie aan, die de onderzoekers beschouwden als tweelinggrenzen.

Lees ook:

Vandaag · 13:54

Oude kaas onthult geheime oorsprong van kefir

Vergelijkbare resultaten werden waargenomen bij kleine zwevende deeltjes. Ze simuleerden 10.000 deeltjes met een specifiek interactiepotentieel. De deeltjes organiseerden zich in patronen van omhoog en omlaag wijzende driehoeken.

Nieuwe Inzichten:

Deze ontdekking is van groot belang voor de materiaalkunde. Aperiodieke benaderingen kunnen helpen om de eigenschappen van materialen beter te begrijpen en te manipuleren. Het onderzoek toont aan hoe effectief deze benaderingen zijn in het veroorzaken van modulaties in zachte materiesystemen met behulp van de P31m vlakgroep. Rijen P-tegels fungeerden als domeingrenzen in het honingraatrooster, wat metallic-gemiddelde hexagonale QC's verbindt met IC gemoduleerde honingraatstructuren.

Deze ontdekkingen verschaffen nieuwe inzichten in aperiodieke kristallen. Wetenschappers kunnen vergelijkbare structuren gebruiken om domeinmuren te ontwerpen, wat nuttig kan zijn in verschillende gebieden zoals materiaalkunde en nanotechnologie.

Door te begrijpen hoe deze structuren werken en ze te beheersen, kunnen we materialen met bijzondere eigenschappen maken die voorheen niet mogelijk waren. Dit onderzoek is een essentiële eerste stap in het benutten van de mogelijkheden van deze complexe materialen.