Вчера был назван лауреат Нобелевской премии по химии 2011 г. Награда досталась 70-летнему израильскому ученому Даниэлю Шехтману за обнаружение в 1982 г. необычной формы организации атомов
«Работы Шехтмана изменили взгляды химиков на характер твердых тел. Ученый доказал, что схема расположения атомов в кристалле может не повторяться, что не укладывалось в рамки бытовавших представлений»,— отмечает Шведская королевская академия наук.
Почти до конца ХХ в. считалось, что все твердые тела в природе делятся на две группы: аморфные (стекла), в которых полностью отсутствуют закономерности в расположении атомов, и кристаллические, характеризующиеся их упорядоченным расположением.
До 1980 гг. ученые были убеждены, что атомы внутри кристаллов могут быть упакованы исключительно в симметричные решетки, которые повторяются. Однако Даниэль Шехтман, изучая под электронным микроскопом смеси алюминия и марганца, нашел иную структуру, очень похожую на исламскую мозаику, которая никогда не повторяется.
Когда в 1982 г. израильский ученый объявил о своем открытии, все научное сообщество ополчилось против него. На этой почве Даниэль Шехтман даже поссорился с исследовательской группой, в которой тогда работал, и покинул ее.
«В течение четырех лет коллеги не верили и смеялись надо мной. Они говорили: нет такого понятия, как квазикристаллы, есть лишь квазиученые. Руководитель моей лаборатории подходил ко мне, насмешливо улыбаясь, и, кладя учебник на мой стол, говорил: «Денни, почему бы тебе не почитать это и не увидеть, что твои выводы невозможны»,— рассказывает Даниэль Шехтман.
Квазикристаллы противоречили фундаментальным научным аксиомам своего времени и не вписывались в представление ученых о материи. Обнаруженные господином Шехтманом кристаллические тела имели «невозможную» в трехмерной периодической решетке симметрию пятого порядка: атомы в них были упакованы в икосаэдр — десятигранник правильной формы. Такими десятигранниками нельзя заполнить пространство без зазоров и перекрытий, так же, как не получится представить паркет в виде правильных пятиугольников. Поэтому считалось, что в кристаллических структурах икосаэдры невозможны.
Однако в 1987 г. более тонкие эксперименты доказали, что квазикристаллы действительно существуют и являются новой формой организации материи. Таким образом, в результате открытия Даниэля Шехтмана родилась новая область физической химии, занимающаяся изучением этих структур.
«Квазикристаллы Шехтмана сегодня широко используются для улучшения механических свойств конструкционных материалов. К тому же из его исследований мы извлекли один особенно важный урок — не стоит недооценивать изобретательности самой природы»,— комментирует открытие доктор химической кафедры Оксфордского университета Эндрю Гудвин.
В настоящее время известно более двухсот видов квазикристаллов, имеющих точечную симметрию икосаэдра, а также десяти-, восьми- и двенадцатиугольника. Долгое время считалось, что их можно создать лишь в лабораторных условиях, но в 2009 г. ученые из Принстона нашли квазикристаллы, состоящие из атомов железа, меди и алюминия, во фрагментах пород, собранных на Корякском нагорье.
«Понятие квазикристалла представляет фундаментальный интерес, потому что оно обобщает и завершает определение кристалла. Практическая польза квазикристаллов — прежде всего в высокой прочности. Их применение позволит получить легкие и очень твердые сплавы»,— описывает открытие своего коллеги французский физик Дэнис Гратиа.
По словам ученых, квазикристаллы присутствуют в одном из самых прочных на сегодняшний день видов стали, который используется в бритвенных лезвиях и тонких иглах, применяемых в глазной хирургии. Сегодня проводятся эксперименты с использованием квазикристаллов в покрытиях для сковороды, теплоизоляции в двигателях и в светодиодах.
Добавляя порошок из квазикристалла в металл, можно существенно повысить его прочность. Если покрыть им поверхность, она становится несмачиваемой. В будущем покрытия из квазикристаллов должны помочь избавить самолеты от проблемы обледенения, а их малый коэффициент трения дает надежду на появление почти вечных подшипников.
Признание открытия израильского ученого Нобелевским комитетом было воспринято на его родине как национальное достижение. Господин Шехтман стал юбилейным, десятым по счету представителем Израиля, получившим эту премию.
«Я хочу поздравить Дана Шехтмана от лица всех граждан Израиля с получением премии. Это гордость и признание для всего нашего народа. Каждый гражданин Израиля радуется за вас сегодня, и каждый еврей в мире гордится вашим достижением»,— заявил премьер-министр Израиля Биньямин Нетаниягу.