شبه بلور

پژوهشگران چندین آزمایشگاه در ایالات متحده و كشورهای دیگر موفق شده‌اند كه نمونه‌های بزرگی از مواد شگفت انگیز شبه بلوری بسازند. با در دست داشتن این نمونه‌ها می‌توان، به كمك ابزارهای نیرومند تحلیلی، مسئله اساسی شبه بلورها را بررسی كرد: آرایش اتم‌ها در این حالت جدید ماده چگونه است؟
اصطلاح شبه بلور برای توصیف خواصی ساخته شده است كه نخستین بار در آلیاژی از آلومینیوم و منگنز دیده شد. نقش‌های پراش بعضی از نمونه‌های این آلیاژ تقارن دورانی پنج باره دارند. یعنی چنانچه نقشی به اندازه یك پنجم دایره دوران كند فرقی با نقش اولیه (دوران نكرده) نخواهد داشت. ایجاد یك ساختار بلوری – یعنی یك آرایش دوره‌ای منظم از یاخته‌های یكه كه دارای تقارن پنج باره باشد ناممكن است. از این رو گفته می‌شود كه این آلیاژ جدید و مواد دیگری كه نقش‌های پراش مشابهی ایجاد می‌كنند، ساختاری شبه دوره‌ای دارند كه نه دقیقاً دوره‌ای است و نه كاملاً كتره‌ای.
نظر لاینوس پاؤلینگ بر این است كه این مشاهدات حاكی از وجود یك فاز جدید ماده نیست، بلكه صرفاً از یك پدیده بلور شناختی به نام همزادزدایی حكایت می‌كند. اما این نظر در بحث‌های مربوط چندان مطرح نبوده است. با این همه بعضی پژوهشگران بر این نظرند كه شبه بلور اسمی بی‌مسمی است. آن‌ها می‌گویند كه این مواد فاز جدیدی از ماده‌اند ولی ساختارشان به هیچ وجه شبه دوره‌ای نیست، بلكه در واقع یك شیشه بیست وجهی است. در یك شیشه بیست وجهی اتم‌ها در گروه‌هایی به شكل بیست وجهی قرار می‌گیرند (بیست وجهی دارای بیست وجه مثلثی است و تقارن پنج باره دارد زیرا در هر رأس آن پنج وجه یكدیگر را قطع می‌كنند). این بیست وجهی‌ها دقیقاً هم امتدادند، ولی توزیع آن‌ها – در ماده‌ای كه در غیر این صورت بی‌شكل یا شیشه‌ای خواهد بود – كتره‌ای است.
تاكنون پژوهشگران نتوانسته‌اند صحت و سقم این پیشنهاد‌ها را بیازمایند. زیرا اندازه نمونه‌هایی كه ساخته‌اند در حدود میكرومتر بوده است. نمونه‌های جدید، كه آلیاژی از آلومینیوم لیتیوم و مس است بسیار بزرگتر است. برخی از آن‌ها، مثلاً نمونه‌هایی كه ارل ریبا از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا ساخته است، شبه خلال دندانی به قطر 1ر0 تا 2ر0 میلی‌متر و به طول 2 میلی‌متر است. نمونه‌های دیگر، از جمله آن‌ها كه توسط دوبوست و همكارانش در مركز پژوهش په‌شنی در فرانسه و فرانك گیل از شركت فلزات رینولدز ساخته شده قطعاتی هستند كه از آن‌ها شاخه‌هایی با سطوح صیقلی و زیبا منشعب شده است. سطوح هر شاخه كاملاً هم امتداد با سطوح شاخه‌های دیگر است و هر قسمت تراش خورده، مساحتی در حدود یك سانتی متر مربع از ماده را می‌پوشاند و این یعنی كه هر نمونه را به یك معنی می‌توان یك تك بلور به حساب آورد.
پژوهشگران بررسی این نمونه‌ها را به كمك روش‌های پراش – كه معمولاً تنها برای تك بلورها به كار می‌رود – شروع كرده‌اند. تحلیل مقدماتی پاؤل هورن از مركز پژوهشی واتسون آی بی‌ام و پاؤل هاینی از دانشگاه پنسیلوانیا و پیتر بانسل دانشجوی هاینی، نشان می‌دهد كه برای توصیف فازهایی كه تقارن پنج باره دارند، مدل شیشه بیست وجهی از مدل شبه بلور مناسب‌تر است.
شبه بلورهای چند وجهی، علاوه بر آن كه پرسش‌هایی را پاسخ می‌دهند، پرسش‌هایی نیز مطرح می‌كنند. فرانك گیل یادآور می‌شود كه مدل شبه بلوری و مدل شیشه بیست وجهی هیچ كدام شامل سطوح تخت و یكنواختی از اتم‌ها نیست پس این نمونه‌ها چطور در جریان رشد دارای چنین وجه‌های بی‌غش و پرداخته‌ای شده‌اند؟