για την Χημεία

Νομπέλ Χημείας στα ατομικά μωσαϊκά

Τους ημικρυστάλλους ανακάλυψε ο εφετινός τιμώμενος.

Νομπέλ Χημείας στα ατομικά μωσαϊκά

Στοκχόλμη

Η Βασιλική Σουηδική Ακαδημία Επιστημών ανακοίνωσε σήμερα ότι το εφετινό βραβείο Νομπέλ Χημείας – ύψους 10 εκατομμυρίων σουηδικών κορωνών, ήτοι ενός περίπου εκατ. ευρώ – απονέμεται στον καθηγητή επιστήμης υλικών του ισραηλιτικού πολυτεχνείου Technion, Ντάν Σέχτμαν (Dan Shechtman). Ο λόγος; Η εκ μέρους του ανακάλυψη ενός νέου τύπου κρυστάλλων, των λεγόμενων ημικρυστάλλων (quasicrystals).

Κρύσταλλοι πενταπλής συμμετρίας

The discovery of quasicrystals - Η δομή των ημικρυστάλλων είναι όμοια με τα αραβικά μωσαϊκά της Αλάμπρα

Συνέβη από έναν… μη χημικό… όταν δεν έπρεπε: Τον Απρίλιο του 1982, ο μηχανολόγος και μεταλλογράφος Ντάν Σέχτμαν βρισκόταν σε εκπαιδευτική άδεια από το πανεπιστήμιο John Hopkins των ΗΠΑ (NBS). Το πρωί της 8ης Απριλίου κοίταξε στο ηλεκτρονικό του μικροσκόπιο έναν κρύσταλλο από ταχέως ψυχθέν κράμα αλουμινίου και μαγγανίου και… καθάρισε τα γυαλιά του. Ξανακοίταξε και σιγουρεύτηκε ότι αυτό που έβλεπε ήταν αντίθετο στο κλασικό «θεώρημα περιορισμού» της κρυσταλλογραφίας. Δηλαδή, ενώ κατά το θεώρημα αυτό οι κρύσταλλοι μπορούν να εμφανίζουν περιοδική συμμετρία κατά τη διάταξη των ατόμων τους (διπλή, τριπλή, τετραπλή ή εξαπλή συμμετρία εκ περιστροφής), ο κρύσταλλος που έβλεπε εμφάνιζε πενταπλή συμμετρία (απεριοδική). Ταραγμένος, ο Σέχτμαν άρχισε να κάνει μετρήσεις και να κρατάει σημειώσεις. Διαπίστωσε ότι η αναλογία των αποστάσεων μεταξύ των ατόμων του περίεργου αυτού κρυστάλλου σχετιζόταν με τον περίφημο Χρυσό Λόγο του Πυθαγόρα.

Αμφισβήτηση και επιμονή

Αυτό που επακολούθησε, αρχικά, ήταν αυτό που συχνότατα συμβαίνει σε όσους τολμούν να αμφισβητήσουν την καθεστώσα γνώση: Όταν ο Σέχτμαν έγραψε εργασία με τα ευρήματά του, του ζητήθηκε να παραιτηθεί από το εργαστήριο όπου εργαζόταν. «Γνώριζα ότι το σχήμα της περίθλασης δεν οφειλόταν σε διδύμους (που προκύπτουν από μια συνήθη κρυσταλλική ατέλεια)», δήλωσε σε κατοπινή συνέντευξή του, «αλλά δεν είχα καμία εξήγηση για το τι πραγματικά συνέβαινε». Μη μπορώντας να θεμελιώσει θεωρητικά τα πειραματικά του δεδομένα, πιθανότατα θα είχε πέσει στην αφάνεια αν δεν τύχαινε να δείξει την εργασία του στον John Cahn, εξέχοντα ερευνητή στην επιστήμη των υλικών. Ακολουθώντας τις συμβουλές του Cahn και του Denis Gratias – ειδικού στη μαθηματική κρυσταλλογραφία στο Εθνικό Κέντρο Επιστημονικών Ερευνών (CNRS) της Γαλλίας – ο Σέχτμαν και ο συνάδελφός του στο Technion, Άιλαν Μπλεχ (Ilan Blech) υπέβαλαν από κοινού στο περιοδικό Physical Review Letters, τον Οκτώβριο του 1984, μια αναθεωρημένη εκδοχή της εργασίας. Δημοσιεύθηκε τον Νοέμβριο του 1984, περισσότερα από δύο χρόνια μετά το αρχικό πείραμα του Σέχτμαν.

Αναγνώριση και τιμές
Από τότε, η εργασία αυτή έχει ανεβεί στην 8η θέση παγκοσμίως των δημοσιεύσεων αναφοράς (most cited). Ερευνητές από κάθε μήκος και πλάτος της Γης αποδύθηκαν σε έναν αγώνα δρόμου για την διερεύνηση και υλοποίηση τέτοιων απεριοδικών κρυστάλλων, των «ημικρυστάλλων» ή «οιωνεί κρυστάλλων» (quasicrystals) όπως επικράτησε να λέγονται, μολονότι η Διεθνής Ένωση Κρυσταλλογράφων (IUC) τους ενέταξε επίσημα στους κρυστάλλους. Μέχρι στιγμής, οι ερευνητές που ακολούθησαν τα ίχνη του Σέχτμαν έχουν καταφέρει να δομήσουν εργαστηριακά εκατοντάδες νέα είδη ημικρυστάλλων, άλλους με διεδρική συμμετρία και άλλους με εικοσαεδρική. Σαν να μην έφτανε όμως αυτό, εντόπισαν σε ποταμό της Ρωσίας και ορυκτά που εμπεριέχουν φυσικά σχηματισμένους ημικρυστάλλους. Τέλος, μία σουηδική εταιρεία εντόπισε ημικρυστάλλους σε σε ένα είδος ατσαλιού, όπου η παρουσία τους καταλήγει να ενισχύει το ατσάλι. Η πρακτική εφαρμογή του ευρήματος του Σέχτμαν έχει ήδη αρχίσει, με πρώτους αποδέκτες του τους πετρελαιοκινητήρες και τα τηγάνια της κουζίνας. Ο 70χρονος σήμερα Ντάνιελ Σέχτμαν δικαίως επιβραβεύθηκε ως ο άνθρωπος που… δικαίωσε τον Πυθαγόρα.

από http://www.tovima.gr/science/mathematics-computers/article/?aid=423487&h1=true

«Δεν υπάρχουν ημι-κρύσταλλοι, υπάρχουν μόνο ημι-επιστήμονες», τον κορόιδευαν κάποτε κορυφαίοι συνάδελφοί του. Φέτος, όμως, ο Ισραηλινός επιστήμονας Nτάνιελ Σέχτμαν παίρνει την εκδίκησή του κερδίζοντας το Νόμπελ Χημείας. Οι ημικρύσταλλοί του, που φαινόταν κάποτε να παραβιάζουν τους νόμους φύσης, βρίσκουν σήμερα πληθώρα εφαρμογών.

Η ανακάλυψη του Σέχτμαν το 1982 άλλαξε θεμελιωδώς τον τρόπο που βλέπουμε τη στερεά ύλη, επισημαίνει στην απόφασή της η Σουηδική Ακαδημία Επιστημών. Μέχρι τότε, οι επιστήμονες πίστευαν ότι τα άτομα σε όλους τους κρυστάλλους διατάσσονται σε επαναλαμβανόμενα μοτίβα.

Ο Σέχτμαν, όμως, είδε στο ηλεκτρονικό του μικροσκόπιο κρυστάλλους των οποίων η δομή θύμιζε αραβουργήματα, με μοτίβα που δεν επαναλαμβάνονται ποτέ. Στη φύση, αυτοί οι ημικρύσταλλοι παρατηρήθηκαν μόλις το 2009. Όπως διαπιστώθηκε υπάρχουν σε ένα κράμα ατσαλιού που φημίζεται για την αντοχή του και χρησιμοποιείται για παράδειγμα σε νυστέρια και βελόνες της οφθαλμοχειρουργικής.

Οι επιστήμονες πειραματίζονται τώρα με ημικρυσταλλικές αντικολλητικές επιστρώσεις για τηγάνια, ημικρυσταλλικά μονωτικά και φωτοδιόδους, τα γνωστά LED. «Αισθάνομαι υπέροχα» σχολίασε ο Ντάνιελ Σέχτμαν λίγο μετά την ανακοίνωση του νικητή στη Στοκχόλμη. Ο ερευνητής γεννήθηκε στο Τελ Αβίβ. Είναι σήμερα 70 ετών και εργάζεται ως καθηγητής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Χάιφα.

Απεριοδικά μωσαϊκά: Η χρυσή τομή στη φύση

Η μεγάλη στιγμή ήρθε για τον Σέχτμαν τον Απρίλιο του 1982, όταν εργαζόταν στην Ουάσινγκτον. Ένα πρωί είδε στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο κρυστάλλους με πενταγωνική συμμετρία.

Όλοι οι κρυσταλλογράφοι πίστευαν τότε ότι αυτό ήταν αδύνατο, όπως το να προσπαθείς να φτιάξεις μια μπάλα ποδοσφαίρου που αποτελείται μόνο από εξάγωνα, αντί από έναν συνδυασμό εξαγώνων και πενταγώνων. Πίστευαν επίσης ότι όλοι οι κρύσταλλοι έχουν περιστροφική συμμετρία -δηλαδή η ατομική δομή τους φαίνεται ίδια από όποια πλευρά κι αν την κοιτάξεις.

«Είπα σε όλους όσους ήταν έτοιμοι να ακούσουν κάτι τέτοιο ότι είχα ένα υλικό με πενταγωνική συμμετρία. Όλοι γέλασαν» θυμάται ο Σέχτμαν. Όταν τελικά δημοσίευσε την ανακάλυψη το 1984, έγινε αντικείμενο χλευασμού. Ο Λίνους Πόλινγκ, βραβευμένος δύο φορές με το Νόμπελ, τον χλεύαζε χαρακτηρίζοντάς τον «ημι-επιστήμονα».

Η δικαίωση ήρθε τελικά το 1987, όταν Γάλλοι ερευνητές κατάφεραν να δημιουργήσουν ημικρυστάλλους αρκετά μεγάλους ώστε να μελετηθούν με κρυσταλλογραφία ακτίνων-Χ.

Σήμερα, τα μοτίβα των ημικρυστάλλων ονομάζονται απεριοδικά μωσαϊκά. Μοιάζουν πολύ με τα αραβικά μωσαϊκά, όπως αυτά στην Αλάμπρα, τα οποία είναι μεν κανονικά -υπακούουν σε μαθηματικούς κανόνες- δεν επαναλαμβάνονται όμως ποτέ.

Όταν οι επιστήμονες περιγράφουν αυτά τα απεριοδικά μοτίβα, χρησιμοποιούν μια έννοια γνωστή από τα μαθηματικά και τις τέχνες: τη χρυσή τομή, δηλαδή μια «χρυσή» αναλογία αποστάσεων. Γνωστή για την αρμονία και την ομορφιά της, η χρυσή τομή εμφανίζεται αν κανείς συγκρίνει τις αποστάσεις ανάμεσα στα άτομα των ημικρυστάλλων.

Read more: http://www.chemist.gr/#ixzz1a6PAsNYt

Αφήστε μια απάντηση

Top
 
Αλλαγή μεγέθους γραμματοσειράς
Αντίθεση
Μετάβαση σε γραμμή εργαλείων