Невозможность второго рода. Невероятные поиски новой формы вещества

Под рентгеновскими лучами совокупность зерен порождает так называемую рентгеновскую порошковую дифрактограмму, которая объединяет дифракционные картины от всех зерен. Например, если все отдельные квазикристаллы дают четкую точечную дифракционную картину вроде той, что изображена внизу слева, то порошковая дифрактограмма будет похожа на ту, что представлена справа.

Порошковая дифрактограмма похожа на то, что вы увидели бы, если бы поместили четкую точечную дифракционную картину на диск проигрывателя и закрутили бы его так, чтобы каждая точка размазалась в кольцо. На рисунке слева в расположении точек четко видна симметрия десятого порядка. На порошковой дифрактограмме справа вся информация о симметрии потеряна. Остались только кольца разного радиуса и яркости.

Представьте, что у вас есть только правое изображение. Смогли бы вы определить, что оно получено для порошка из случайным образом ориентированных зерен, каждое из которых по отдельности дает рисунок, подобный тому, что представлен слева? Именно на этот вопрос мы и пытались ответить. Довольно удивительно, что, как выяснили мы с Питером, в радиусах и интенсивностях колец на рисунке справа все же содержится достаточно информации, чтобы идентифицировать потенциальные квазикристаллы и прийти к уже знакомому нам, похожему на снежинку узору, изображенному слева.

Диаграмма на следующей странице суммирует все то, что нам удалось обнаружить. На графике сопоставляются два свойства, которые мы вычисляли для каждой порошковой дифракционной картины из каталога ICDD. По горизонтальной оси отложено, насколько близки кольца на порошковой дифрактограмме образца к идеальному набору радиусов безупречного икосаэдрического квазикристалла. По вертикальной оси отложено, насколько хорошо соответствуют друг другу их интенсивности.

Два серых квадрата в нижней левой части диаграммы представляют два известных синтетических квазикристалла, которые уже были в каталоге ICDD. Получается, что на деле эти два квадрата настолько близки к совершенству, насколько это возможно. Если бы порошковая дифрактограмма природного минерала имела показатели, близкие к этим квадратам, резонно было бы ожидать, что это квазикристалл, каждое зерно которого дает точечную дифракционную картину.

Точки на диаграмме представляют результаты, полученные для более чем девяти тысяч минералов и оказавшиеся слишком далеко от серых квадратов, чтобы считать эти образцы многообещающими кандидатами. Кружки представляют минералы, порошковые дифракционные картины которых попадают ближе всего к квадратам, что наводит на мысль о потенциальных квазикристаллах.

Кружки соответствовали минералам, которые нам с Питером предстояло теперь найти и доставить в нашу принстонскую лабораторию для дальнейшего изучения. Как только образец поступал, его нарезали на тонкие слои и изучали под электронным микроскопом, чтобы определить, является ли он истинным квазикристаллом.

Когда подошел к концу последний год обучения Питера в Принстоне, он представил результаты своего труда в качестве дипломной работы. По традиции группа сотрудников факультета устраивает “прожарку” выпускников, дотошно расспрашивая их, чтобы проверить степень знакомства с предметом. Однако Питер решил немного пошутить и сам вызвался одним из тех, кто будет жарить. В буквальном смысле.

Часть времени формальной защиты своего дипломного проекта Питер посвятил тому, чтобы развлекать присутствующих приготовлением стейка с кровью на специальной сковороде с покрытием из квазикристаллического металла. Использование синтетических квазикристаллов в качестве антипригарного покрытия было одним из первых коммерческих применений новой формы вещества. Это покрытие было придумано и запатентовано французским исследователем квазикристаллов Жаном-Мари Дюбуа с коллегами. Французский производитель продавал такие сковородки под торговой маркой Cybernox.

Квазикристаллическая поверхность была скользкой, как популярное тефлоновое антипригарное покрытие, но гораздо более прочной. Питер смог обжарить свой стейк без использования масла, демонстрируя, что к квазикристаллической поверхности ничего не прилипает. Он завершил демонстрацию, нарезав стейк острым ножом прямо на сковороде, чего никто не стал бы делать на тефлоновом покрытии. Питер показал, что на поверхности не возникло никаких повреждений из-за твердости квазикристаллического материала. А вот о ноже для стейка сказать то же самое было нельзя – на поверхности сковороды остались заметные куски металлической стружки.

Питер также представил подробности нашего поиска по каталогу ICDD. Он объяснил разработанный нами алгоритм поиска и рассказал о кандидатах, свойства которых нам удалось изучить. Природного квазикристалла найти не удалось. Но сами попытки собрать и протестировать нужные минералы оказались серией приключений с массой забавных накладок.