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研究人員發現這種紅色玻璃石樣品含有一種以前未知的準晶體(ti) 。圖片來源：Luca Bindi，Paul J.Steinhardt
本報訊 科學家一直在尋找準晶體(ti) ，它有5重旋轉對稱軸，即沿z軸旋轉72度，但沒有一般晶體(ti) 所具有的平移對稱性。
據《自然》報道，這種以前不為(wei) 人知的晶體(ti) 結構由鐵、矽、銅和鈣組成，很可能是由沙子和銅線熔合而成的。類似的材料已經在實驗室被合成，並在隕石中被鑒定出來。
5月17日發表於(yu) 美國《國家科學院院刊》的研究，報道了第一個(ge) 具有這種元素組合的在核爆炸中產(chan) 生的準晶體(ti) 。
1982年，以色列理工學院材料科學家Daniel Shechtman首次在一種合成金屬中發現了這種具有“不可能對稱”的晶體(ti) 。該晶體(ti) 在各種可能的方向上旋轉時呈五邊形對稱，即它有規則的20個(ge) 麵。 Shechtman最終因這一發現獲得了2011年的諾貝爾化學獎。
與(yu) 此同時，普林斯頓大學理論物理學家Paul Steinhardt與(yu) 合作者開始推算非重複3D結構存在的可能性。這些晶體(ti) 與(yu) 二十麵體(ti) 具有相同的對稱性。
Steinhardt回憶說，1982年，他第一次看到Shechtman的實驗數據，並將其與(yu) 他的理論預測進行了比較。
在隨後的幾年裏，材料科學家合成了幾種準晶體(ti) 。Steinhardt和同事在東(dong) 西伯利亞(ya) 堪察加半島的隕石碎片中發現了第一個(ge) 自然形成的“二十麵石”。
Steinhardt說，這種準晶體(ti) 可能是在太陽係早期的兩(liang) 顆小行星碰撞過程中形成的。一些實驗室製造的準晶體(ti) 也是通過材料高速粉碎產(chan) 生的，所以Steinhardt團隊想知道核爆炸的衝(chong) 擊是否也能形成準晶體(ti) 。
1945年7月16日，在新墨西哥州阿拉莫戈多試驗場進行的史上第一次核彈爆炸試驗後，研究人員發現了一片由沙漠砂礫熔化而成的綠色玻璃狀物質，他們(men) 將其稱為(wei) 玻璃石。
由於(yu) 鈈炸彈是在一個(ge) 30米高的塔頂引爆的，那裏裝有傳(chuan) 感器和電纜，因此一些玻璃石含有紅色的內(nei) 含物。準晶體(ti) 通常由不會(hui) 結合的元素構成，所以Steinhardt和同事認為(wei) 紅色玻璃石樣品是尋找準晶體(ti) 的好地方。
Steinhardt說：“在10個(ge) 月裏，我們(men) 切割觀察了各種各樣的礦物，最後發現了一個(ge) 小顆粒。”該準晶體(ti) 與(yu) Shechtman最初發現的準晶體(ti) 具有相同的二十麵體(ti) 對稱性。
像大多數已知的準晶體(ti) 一樣，玻璃石結構是一種合金——類似金屬的材料，由正離子組成。
Steinhardt認為(wei) ，準晶體(ti) 可用於(yu) 核鑒定科學，因為(wei) 它們(men) 可以揭示核試驗地點。準晶體(ti) 也可能在其他惡劣條件產(chan) 生的物質中形成，比如閃電擊中岩石、沙子或其他沉積物時產(chan) 生的閃電石。（唐一塵）
相關(guan) 論文信息：
https://doi.org/10.1073/pnas.2101350118
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