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Nov 08, 2023

'화석화된 번개'에서 준결정 발견

강한 전기 방전에 의해 형성된 것으로 보이는 준결정

모래 언덕을 통한 강한 전기 방전에 의해 형성되었을 가능성이 있는 준결정이 미국과 이탈리아의 연구진에 의해 발견되었습니다. 프린스턴 대학의 Paul Steinhardt가 이끄는 팀은 그들의 발견이 인공 준결정을 생성하는 새로운 기술의 개발로 이어지고 과학자들이 다른 자연 발생 샘플을 찾는 데 도움이 되기를 바라고 있습니다.

준결정(quasicrystal)은 장거리 질서를 갖는 원자 구조를 가진 고체 물질이지만 일반 결정에서 발견되는 병진 대칭성이 부족합니다. 대신, 그들은 회전 대칭만을 나타내며, 이 이상한 배열은 준결정에 다양한 기계적, 전기적, 광학적 특성을 부여합니다. 한때 불가능하다고 생각되었던 준결정은 1982년에 처음으로 확인되었으며 그 이후로 증기 증착 및 액체 상태의 느린 냉각을 포함하여 이러한 물질을 합성하기 위한 여러 가지 다른 기술이 개발되었습니다.

그러나 자연에서 준결정을 생성하는 데 필요한 조건은 매우 드물며 2009년에 Steinhardt와 동료들이 자연적으로 발생하는 최초의 샘플을 확인했습니다. 이어서 Steinhardt가 이끄는 시베리아 탐험이 이어져 해당 샘플의 출처를 찾고 그것이 무엇인지 확인했습니다. 운석의 일부였습니다.

준결정이 자연에 존재한다는 사실이 입증되자 새로운 사례를 찾기 위한 경쟁이 시작되었습니다. 이제 Steinhardt와 동료들은 섬괴석 샘플 내에서 새로운 유형의 준결정을 발견했습니다. "화석화된 번개"라고 불리는 섬전암은 큰 전류가 모래를 통과할 때 생성되는 융합된 물질의 관입니다. 그들의 샘플은 네브래스카 중북부의 Sand Hills에서 채취되었으며, 샘플에 금속 흔적이 묻어 있는 무너진 전력선 근처에서 발견되었습니다.

화학적 조성이 Mn72.3Si15.6Cr9.7Al1.8Ni0.6인 준결정은 섬황석 내부에 갇힌 밀리미터 크기의 입자로 존재했습니다. 그곳에서 준결정은 보다 전통적인 입방 격자와 공존했습니다. 준결정은 균등한 간격으로 배치된 원자층을 갖고 있으며, 각 층은 12겹 회전 대칭을 갖고 있습니다. 이는 병진 대칭을 갖는 일반 결정에서는 불가능한 일입니다.

준결정질 보스-아인슈타인 응축물은 더 높은 차원의 물리학을 엿볼 수 있습니다

샘플을 연구함으로써 Steinhardt와 동료들은 샘플 형성에 대한 단서를 모을 수 있었습니다. 그들은 준결정이 모래를 통한 강한 전기 방전 중에 형성되었을 가능성이 있다고 믿습니다. 이는 쓰러진 전력선, 낙뢰 또는 이 두 가지가 결합된 결과일 수 있습니다. 발생원에 관계없이 방전은 1710°C 이상의 극한 온도를 생성했을 것입니다. 이것은 전력선에서 나온 알루미늄 합금 흔적과 모래에서 나온 용융 규산염 유리 사이의 영역에서 준결정이 형성되는 데 필요한 조건을 만들었을 것이라고 그들은 말합니다.

Steinhardt 팀은 이 발견이 실험실에서 제어된 전기 방전을 통해 준결정 합성을 위한 새로운 기술로 이어질 수 있기를 바라고 있습니다. 이를 통해 연구자들은 이국적인 새로운 특성을 설계할 수 있으며 지구와 우주 모두에서 천연 준결정이 발견될 수 있는 장소를 더 잘 식별하는 데 도움이 될 수도 있습니다.

이 연구는 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 설명되어 있습니다.