Ученые провибрировали коробку с частицами, и они образовали странный новый материал

Видеозаписи тысяч крошечных металлических сфер, покачивающихся в неглубоком лотке, показали расположение частиц, которое раньше считалось невозможным.

Группа физиков из Университета Париж-Сакле во Франции наблюдала необычное явление. сочетание порядка и хаоса, известное как «квазикристалл», впервые спонтанно возникающий в зернистом материале в миллиметровом масштабе.

Если в порядке есть красота, кристаллы являются воплощением элегантности и привлекательности. .

Квазикристаллы, с другой стороны, являются неуклюжими братьями и сестрами, существование которых долгое время отрицалось учеными.

Затем, в начале 1980-х годов, анализ сплава алюминия и марганца выявил неоспоримые признаки упорядоченного материала, в котором отсутствовали бесконечные периодические узоры кристалла.

Это был псевдокристалл… материал, который нарушает правила симметрии, которые, как считалось, ограничивают затвердевшее расположение атомов либо кристаллы или беспорядочный беспорядок.

С тех пор квазикристаллы появлялись в самых разных местах — от лаборатории до поля и небес над головой. Хотя это все еще далеко от общего, это структура, которая не так запрещена, как когда-то думали физики, формируясь спонтанно из частиц в различных масштабах, в том числе среди объектов, которые легко переставлять с помощью покачивания.

Это поднимает некоторые интересные вопросы. вопросы о пределах размера частиц и условиях, при которых правильные виды материала могут самособираться в квазикристаллическую структуру.

Начав с компьютерного моделирования, исследователи определили взаимосвязь между размерами сфер и соотношением малых слишком крупных частиц, образуя смесь, которая потенциально может попасть в структуры, отражающие дальнодействующую квазикристаллическую симметрию.

Компьютерное моделирование узоров, которые могут появляться в гранулированных смесях двух сфер разного размера. (Plati et al., arXiv, 2023).

Это было использовано в качестве основы для эксперимента, в котором объединились 3840 сфер из немагнитной стали двух разных диаметров — одна чуть меньше 2,4 мм, другая половина этого размера — в неглубоком контейнере.

Настроенные на вибрацию со скоростью 120 раз в секунду, ничего другого не оставалось, как снимать тряску с помощью установки, отображающей двухмерное расположение частиц. .

После недели толкотни исследователи получили хорошее представление о появлении небольших локализованных конфигураций маленьких и больших металлических шариков, а также о том, как эти «плитки» повторяются во времени и в контейнере.

«Кажется, вырисовывается интересная картина», — отмечают исследователи в своем отчете, который в настоящее время находится на сервере препринтов arXiv.com и ожидает рецензирования.

«Плитки желаемые формы формируются очень быстро, вероятно, вследствие их эффективной локальной упаковки. Однако глобальное выравнивание требует гораздо большего количества коллективных перестроек, которые кажутся редкими событиями». системы атомарного масштаба и более детализированные системы миллиметрового масштаба — это то, чего команда не ожидала. На самом деле, по словам главного автора исследования, физика-теоретика Джузеппе Фоффи, весь эксперимент начинался как своего рода пари.

«Это было пари с коллегой, который сказал, что это не сработает, но Я сказал, почему бы не попробовать, это может быть интересно», — сказал Фоффи Кармеле Падавик-Каллаган из New Scientist.

Благодаря своей необычной симметрии и причудливому узору на больших расстояниях квазикристаллы могли бы множество применений в изоляции и электронике.

Возможно, они не обладают таким совершенным внешним видом, как кристалл, но у этого неуклюжего брата определенно есть собственное очарование.

Это исследование был опубликован на arXiv.