ควอซีคริสตัล

ผลึกแบบกึ่งเป็นรอบ (อังกฤษ: quasiperiodic crystal) หรือเรียกสั้นว่า ควอซีคริสตัล หรือ เควไซคริสตัล (อังกฤษ: quasicrystal) รูปแบบของแข็งกึ่งผลึกสามารถเติมช่องว่างทั้งหมดที่มีอย่างต่อเนื่องได้ แต่ขาดสมมาตรเคลื่อนที่ ขณะที่ผลึก ตามทฤษฎีข้อจำกัดทางผลึกวิทยา (crystallographic restriction theorem) คลาสสิก สามารถมีแกนหมุนได้เฉพาะสอง สาม สี่และหกรอบเท่านั้น รูปแบบการเลี้ยวเบนแบรก (Bragg diffraction) ของควอซีคริสตัลแสดงยอดแหลมด้วยระเบียบสมมาตรอื่น ๆ เช่น แกนหมุนห้าเท่า

แบบจำลองอะตอมของพื้นผิวควอซีคริสตัลอะลูมิเนียม-พัลลาเดียม-แมงกานีส (Al-Pd-Mn) คล้ายกับรูปที่ 6 ในอ้างอิงนี้

ควอซีคริสตัลหลายเหลี่ย Ho-Mg-Zn ก่อตัวเป็นทรงสิบสองหน้า ที่เป็นคู่กับทรงยี่สิบหน้า

เทสเซลเลชันไม่สม่ำเสมอ (aperiodic tiling) ถูกค้นพบโดยนักคณิตศาสตร์ในต้นคริสต์ทศวรรษ 1960 และ อีกราวยี่สิบปีให้หลัง ถูกพบว่าประยุกต์ใช้กับการศึกษาควอซีคริสตัล การค้นพบรูปแบบไม่สม่ำเสมอเหล่านี้ในธรรมชาติได้ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ในสาขาวิทยาผลิกศาสตร์ ควอซีคริสตัลเคยถูกศึกษาและสังเกตก่อนหน้านี้ แต่ยังไม่ได้รับความสนใจเพื่อประโยชน์ในมุมมองทั่วไปเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมของสสารกระทั่งคริสต์ทศวรรษ 1980

อธิบายโดยสังเขป การจัดเรียงตัวจะไม่เป็นรอบหากขาดสมมาตรเคลื่อนที่ หมายความว่าสำเนาเคลื่อนที่จะไม่มีทางเหมือนกับของเดิมทั้งหมด นิยามทางคณิตศาสตร์อย่างละเอียดว่า จะไม่มีสมมาตรเคลื่อนที่ในทิศทางอิสระเชิงเส้นมากกว่า n -1 โดยที่ n เป็นมิติของช่องว่างที่เติม นั่นคือ เทสเซลเลชันสามมิติที่แสดงเป็นควอซีคริสตัลอาจมีสมมาตรเคลื่อนที่ในสองมิติ ความสามารถในการเลี้ยวเบนมาจากการมีอยู่ของส่วนย่อยจำนวนมากอย่างไม่จำกัด โดยมีระยะห่างเท่ากัน ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่อธิบายคร่าว ๆ ได้ว่า ระเบียบพิสัยยาว (long-range order) ในทางการทดลอง ความไม่สม่ำเสมอนี้เปิดเผยในสมมาตรไม่ปกติของรูปแบบการเลี้ยวเบน นั่นคือ สมมาตรของการจัดเป็นระเบียบมากกว่าสอง สาม สี่หรือหก รายงานการพบสิ่งที่ภายหลังรู้จักกันว่าควอซีคริสตัลอย่างเป็นทางการครั้งแรกทำโดยแดน เชชท์มัน และเพื่อนร่วมงานใน ค.ศ. 1984 เชชท์มันน์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำ ค.ศ. 2011 จากการค้นพบของเขา

นับตั้งแต่การค้นพบของเชชท์มันครั้งแรกใน ค.ศ. 1984 มีรายงานควอซีคริสตัลหลายร้อยชนิดและยืนยันแล้ว โดยไม่ต้องสงสัย ควอซีคริสตัลไม่เป็นของแข็งแบบเฉพาะ (unique form) ของของแข็งอีกต่อไป พวกมันมีอยู่ทั่วไปในอัลลอยโลหะหลายชนิดและพอลิเมอร์บางชนิด ควอซีคริสตัลพบส่วนใหญ่ในอัลลอยอะลูมิเนียม (Al-Li-Cu, Al-Mn-Si, Al-Ni-Co, Al-Pd-Mn, Al-Cu-Fe, Al-Cu-V เป็นต้น) แต่ที่มีองค์ประกอบอื่นก็เป็นที่รู้เช่นกัน (Cd-Yb, Ti-Zr-Ni, Zn-Mg-Ho, Zn-Mg-Sc, In-Ag-Yb, Pd-U-Si เป็นต้น)

อ้างอิง

1. Ünal, B (2007). "Nucleation and growth of Ag islands on fivefold Al-Pd-Mn quasicrystal surfaces: Dependence of island density on temperature and flux". Physical Review B. 75: 064205. doi:10.1103/PhysRevB.75.064205. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
2. Steurer W., Z. Kristallogr. 219 (2004) 391–446
3. Shechtman, D.; Blech, I.; Gratias, D.; Cahn, J. (1984). "Metallic Phase with Long-Range Orientational Order and No Translational Symmetry". Physical Review Letters. 53 (20): 1951. Bibcode:1984PhRvL..53.1951S. doi:10.1103/PhysRevLett.53.1951.
4. "The Nobel Prize in Chemistry 2011". Nobelprize.org. สืบค้นเมื่อ 2011-10-06.
5. MacIá, Enrique (2006). "The role of aperiodic order in science and technology". Reports on Progress in Physics. 69 (2): 397. Bibcode:2006RPPh...69..397M. doi:10.1088/0034-4885/69/2/R03.