کشف شبه بلور

پژوهشگران چندین آزمایشگاه در ایالات متحده و کشورهای دیگر موفق شده اند که نمونه‌های بزرگی از مواد شگفت انگیز شبه بلوری بسازند. با در دست داشتن این نمونه ها می‌توان، به کمک ابزارهای نیرومند تحلیلی، مسئله اساسی شبه بلورها را بررسی کرد: آرایش اتمها در این حالت جدید ماده چگونه است؟ اصطلاح شبه بلور برای توصیف خواصی ساخته شده است که نخستین بار در آلیاژی از آلومینیوم و منگنز دیده شد. نقشهای پراش بعضی از نمونه‌های این آلیاژ، تقارن دورانی پنج باره دارند، یعنی چنان چه نقشی به اندازه یک پنجم دایره دوران کن فرقی با نقش اولیه (دوران نکرده) نخواهد داشت. ایجاد یک ساختار بلوری- یعنی یک آرایش دوره ای منظم از "یاخته‌های یکه" که دارای تقارن پنج باره باشد ناممکن است. از این رو گفته می‌شود که این آلیاژ جدید و مواد دیگری که نقشهای پراش مشابهی ایجاد می‌کنند، ساختاری شبه دوره ای دارند که نه دقیقاً دوره ای است و نه کاملاً کتره ای.
نظر لاینوس پاؤلینگ بر این است که این مشاهدات حاکی از وجود یک فاز جدید ماه نیست، بلکه صرفاٌ از یک پدیده بلور شناختی به نام همزاد زایی حکایت می‌کند. اما این نظر در بحثهای مربوط چندان مطرح نبوده است. با این همه بعضی پژوهشگران بر این نظرن که "شبه بلور" اسمی‌بی مسمی‌است. آنها می‌گویند که این مواد فاز جدیدی از ماده اند ولی ساختارشان به هیچ وجه شبیه دوره ای نیست، بلکه در واقع یک شیشه بیست وجهی است. در یک شیشه بیست وجهی، اتمها در گروههایی به شکل بیست وجهی قرار می‌گیرند (بیست وجهی دارای بیست وجه مثلثی است و تقارن پنج باره دارد زیرا در هر رأس آن پنج وجه یکدیگر را قطع می‌کنند). این بیست وجهیها دقیقاً هم امتدادند، ولی توزیع آنها – در ماده ای که در غیر این صور بی شکل با شیشه ای خواهد بود – کتره ای است.
تاکنون پژوهشگران نتوانسته اند صحت و سقم این پیشنهادها را بیازمایند. زیرا اندازه نمونه‌هایی که ساخته اند در حدود میکرومتر بوده است. نمونه‌هایی جدید، که آلیاژی از آلومینیوم، لیتیوم و مس است بسیار بزرگتر است. برخی از آنها، مثلاً نمونه‌هایی که ارل ریبا، از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا ساخته است، شبیه خلال دندانی به قطر 1 و 0 تا 2 میلی متر و به طول 2 میلی متر است. نمونه‌های دیگر، از جمله آنها که توسط دوبوست و همکارانش در مرکز پژوهش به شنی در فرانسه و فرانک گیل از شرکت فلزات رینولدز ساخته شده قطعاتی هستند که از آنها شاخه‌هایی با سطوح صیقلی و زیبا و منشعب شده است. سطوح هر شاخه کاملاً هم امتداد با سطوح شاخه‌های دیگر است و هر قسمت تراش خوره، مساحتی در حدود یک سانتی متر مربع از ماده را می‌پوشاند و این یعنی که هر نمونه را به یک معنی می‌توان یک "تک بلور" به حساب آورد.
پژوهشگران بررسی این نمونه ها را به کمک روشهای پراش – شروع کرده اند، تحلیل مقدماتی پاؤل هورن از مرکز پژوهشی واتسون، آی بی ام و پاؤل‌هایتی از دانشگاه پنسیلوانیا و پیتر پانسل دانشجوی‌هاینی نشان می‌دهد که برای توصیف فازهایی که تقارن پنج باره دارند، مدل شیشه بیست وجهی از مدل شبه بلور مناسب تر است.
شبه بلورهای چند وجهی، علاوه بر آن که پرسشهایی را پاسخ می‌دهند، پرسشهایی نیز مطرح می‌کنند. فرانک گیل یادآور می‌شود که مدل شبه بلوری و مدل شیشه بیست وجهی هیچ کدام شامل سطوح تخت و یکنواختی از اتمها نیست. پس این نمونه ها چطور در جریان رشد دارای چنین وجه‌های بی غش و پرداخته ای شده اند؟