Quasikristall

2023 Autor: Oscar Ramacey | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-08-03 12:56

Quasikristall kwā´zīkrĭs˝təl, kwäz´ē– [Schlüssel] oder quasiperiodischer Feststoff,Festkörper, der kristalline Merkmale wie Symmetrie und sich wiederholende Muster von Elementarzellen (regelmäßige Anordnung von Atomen, Molekülen oder Ionen) aufweist, aber im Gegensatz zu einem Kristall mehr als einen Typ von Elementarzellen benötigt, um eine großräumige Ordnung zu erreichen, d. h Struktur kann nicht aus der Wiederholung einer einzelnen Zelle bestehen. Quasikristalle weisen Symmetrien (z. B. ikosaedrisch und dekagonal) auf, die in Kristallen nicht zu sehen sind. Quasikristalle scheinen eine Verbindung zwischen herkömmlichen Kristallen und Materialien herzustellen, die als metallische Gläser bezeichnet werden. Dies sind Feststoffe, die entstehen, wenn geschmolzene Metalle so schnell abgekühlt werden, dass ihre Atombestandteile nicht genügend Zeit haben, um ein Kristallgitter zu bilden. Der erste Quasikristall wurde in einer schnell abgekühlten Probe einer Aluminium-Mangan-Legierung von einem Team unter der Leitung von Daniel S. entdeckt. Shechtman am National Bureau of Standards (heute Nationales Institut für Standards und Technologie) in Gaithersburg, Md., 1982.

Drei Modelle wurden entwickelt, um die Struktur von Quasikristallen zu erklären. Das Penrose-Modell, abgeleitet aus der Arbeit des britischen Mathematikers Roger Penrose von Dov Levine und Paul J. Steinhardt an der Univ. aus Pennsylvania legt nahe, dass Quasikristalle aus zwei oder mehr Einheitszellen bestehen, die nach bestimmten Regeln zusammenpassen. Das von den amerikanischen Physikern Peter W. Stephens und Alan J. Goldman verfeinerte Glasmodell legt nahe, dass sich Atomcluster auf eine etwas zufällige Weise verbinden, die durch lokale Wechselwirkungen bestimmt wird. Das Random-Tiling-Modell, das einige der besten Eigenschaften der beiden anderen Modelle kombiniert, legt nahe, dass die strengen Übereinstimmungsregeln des Penrose-Modells nicht eingehalten werden müssen, solange lokale Interaktionen keine Lücken in der Struktur hinterlassen.

Es wurde gefunden, dass Quasikristalle in Aluminiumlegierungen mit Metallen wie Kobalt, Eisen und Nickel übliche Strukturen sind. Quasikristalle sind im Gegensatz zu ihren Bestandteilen schlechte Stromleiter. Quasikristalle haben stärkere magnetische Eigenschaften und zeigen bei höheren Temperaturen eine größere Elastizität als Kristalle. Da Quasikristalle extrem hart sind und Verformungen widerstehen, bilden sie hochfeste Oberflächenbeschichtungen, was zu ihrer kommerziellen Verwendung als Oberflächenbehandlung für Aluminiumpfannen geführt hat.

Siehe MV Jaric, Hrsg., Introduction to Quasicrystals (1988); C. Janot, Quasicrystals: A Primer (1994); M. Senechal, Quasikristalle und Geometrie (1995).