Единственный в мире образец природного квазикристалла буквально упал на Землю из космоса. Таков вывод группы учёных, проанализировавших образец столь необычного материала.
Этот образец природного, почти идеального кристалла был найден в Корякском нагорье среди залежей минералов хатыркита и купалита.Вкрапления квазикристалла в этом камне по структуре названы икосаэдритом, а по химии это минерал с формулой Al63Cu24Fe13 (фото Luca Bindi).
Напомним, именно за открытие квазикристаллов (quasicrystals) была вручена Нобелевка по химии в 2011 году. Но тогда было отмечено сугубо лабораторное достижение (кстати, 1980-х годов). А вот в природе квазикристаллы долгое время никак не находились.
Только в 2009 году было объявлено, что в Сибири обнаружен любопытный кусок скалы, а в ней – небольшие (не шире волоса) вкрапления очень странного минерала, которые учёные после кропотливого анализа признали первым в мире природным квазикристаллом.
В коробке на кусочке глины лежит маленький образец минерала, отпиленный от основного камня. Именно он и послужил предметом нового исследования (фото Paul Steinhardt).
Вернее, тот примечательный камушек принстонские исследователи «выкопали» годом ранее на полках музея естествознания во Флоренции в ходе масштабного «траления» тысяч образцов в поисках природных квазикристаллов.
Однако ярлык на экспонате гласил, что это минерал, привезённый некогда с Корякского нагорья.
Тот образец до сих пор так и остался единственным примером естественного квазикристалла в мире, хотя в лабораторных условиях физики и химики давно научились получать такие аномальные структуры (не подчиняющиеся классическим законам кристаллографии), причём придумали их уже около 100 видов.
И вот теперь исследователи из Принстонского университета проанализировали пропорции изотопов кислорода в крохотном образце, отколотом от того самого камня, а точнее, в пироксене и оливине, соседствующими с зёрнами квазикристалла.
Тёмные пятна в центре – кусочки квазикристалла под микроскопом. Они окружены со всех сторон бело-розовым минералом стишовитом. А его находят только в метеоритах и местах их ударов. Помимо «космических» изотопов кислорода это ещё одно свидетельство внеземного происхождения камня из Сибири. Кстати, стишовит образуется при высоком давлении, и квазикристалл икосаэдрит, по-видимому, тоже (фото Paul Steinhardt).
Эти соотношения оказались идентичными показателям самых древних известных метеоритов. Исследование ряда других минералов в составе того же камня показало аналогичный результат.
Потому учёные пришли к выводу, что минерал этот тоже является остатком метеорита.
Сформирован был этот кусок скалы, по оценке авторов работы, на заре существования Солнечной системы, 4,5 миллиарда лет назад. Так что и сам уникальный квазикристалл может быть старше Земли.
Один из исследователей, принстонский профессор Пол Стейнхардт (Paul Steinhardt), заявил: «Это открытие является важным свидетельством того, что квазикристаллы могут образовываться в природе в астрофизических условиях. Ещё оно предоставляет доказательства, что эта фаза вещества может оставаться стабильной на протяжении миллиардов лет».
«Невозможно идеальной» называют решётку кристалла учёные. Слева показан снимок одного из найденных зёрен, полученный с помощью трансмиссионного электронного микроскопа высокого разрешения (HRTEM). Справа: мозаика Пенроуза. Не правда ли похоже? (фото Science/AAAS)
Квазикристаллы считаются чуть ли не ещё одной формой организации материи, а называются они так из-за того, что их решётка имеет не только периодическое строение, но и обладает осями симметрии разных порядков, существование которых в трёхмерной решётке противоречит канонам классической кристаллографии.
Строение решётки квазикристалла чем-то похоже на апериодическую мозаику Пенроуза (Penrose tiling).
Долгое время считалось, что столь сложную структуру искусственно создать невозможно. Но 25 лет назад это всё же удалось сделать. Сейчас существует около сотни разновидностей квазикристталов, размеры которых варьируется от нескольких микрометров до сантиметров.
«Мы не были уверены, что квазикристаллы могут образовываться в природе. Когда мы пытаемся создать их в лаборатории, мы стремимся сделать их идеальными, но природе это не нужно», — говорит Пол Штайнардт (Paul Steinhardt)
