1.10準晶態(tài)01第二課時

1.10準晶態(tài)01第二課時§1-10準晶態(tài)晶體------具有點群對稱性

實驗手段X射線衍射，中子衍射，電子衍射等衍射圖樣：一組組清晰斑點，斑點圖樣顯示出晶體的對稱性非晶體------衍射圖樣：呈現(xiàn)彌散的環(huán)，沒有表征晶態(tài)的斑點。Shechtman的發(fā)現(xiàn)1984年,Shechtman等在尋找既輕又硬的Al合金中,在急冷的Al-Mn合金中獲得了具有五重對稱,斑點明銳的電子衍射圖,定出其點群為m35.晶體中不可能存在5度軸示意圖具有5重對稱性的電子衍射圖D.Shechtman,I.Blech,D.Gratias,andJ.W.Cahn,"Metalicphasewithwithlong-rangeorientationalorderandnotranslationalsymmetry,"Phys.Rev.Lett.

53(1984)1951-1953.郭可信:五次對稱,八次對稱,十二次對稱準晶態(tài)結(jié)構(gòu)特點

準晶是固態(tài)物質(zhì)的一種新的有序相,具有：（1）長程取向序（2）不具有長程的平移對稱序注：取向序指具有晶體周期性所不能容許的點群對稱性，沿取向序?qū)ΨQ軸的方向具有準周期性，由兩個或兩個以上不可公度的特征長度按特定的序列方式排列。不可公度是指線段的比值為無理數(shù)，或者說二者不存在公倍數(shù)。Penrose拼接圖案（1974）兩個四邊形的邊長有兩種取值，之比為1.618特點：五次對稱圖形比比皆是，但分布不具有周期性。

準晶是固態(tài)物質(zhì)的一種新的有序相,同時具有長程準周期平移序和晶體學(xué)上不允許的長程取向?qū)ΨQ.對稱理論:不同取向?qū)ΨQ軸之間存在著組合規(guī)律,對于可能的點群產(chǎn)生制約.在兩個以上方向具有非晶體學(xué)對稱軸的點群只可能是20面體型;只在一個方向有非晶體學(xué)對稱軸的點群有很多:Nmm,N取任意整數(shù).準晶體的發(fā)現(xiàn)

一方面極大地深化了我們對晶體學(xué)、衍射物理和凝聚態(tài)物理地的認識。

另一方面，準晶體的各種獨特性質(zhì)使準晶體具有潛在的應(yīng)用價值。啟示1-主流學(xué)術(shù)界公認的就是真理嗎？

數(shù)學(xué)嚴格證明的就是正確嗎

早在十九世紀，德國科學(xué)家就總結(jié)并通過數(shù)學(xué)嚴格證明，為了滿足晶體的平移對稱性（長程序），晶體只能出現(xiàn)n=1、2、3、4、6等五種旋轉(zhuǎn)對稱軸，不可能出現(xiàn)n=5和n>6次的對稱軸。以上結(jié)論是被寫進教科書的國際學(xué)術(shù)界主流觀點，一百多年來沒有人去懷疑它的正確性，即使在實驗中偶然發(fā)現(xiàn)那些被理論禁止的晶體對稱結(jié)構(gòu)，人們首先懷疑的是實驗的可靠性，而不是理論是否有問題。啟示2--我們?yōu)槭裁床荒苡猛娴男膽B(tài)玩科學(xué)？

數(shù)學(xué)家才不管具體的晶體對稱性，他們可以像小孩一樣玩拼圖游戲。

基于二維的Penrose拼砌，Steinhardt把游戲玩到三維空間，他發(fā)現(xiàn)利用三基矢夾角分別為63.43°和116.57°的兩種菱形六面體（如下圖所示），可以構(gòu)造出三維的Penrose準周期結(jié)構(gòu)。啟示3--重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)往往是偶然的，不是科學(xué)指南可以規(guī)劃出來的，也不是用錢可以換來的，把科學(xué)創(chuàng)新的希望和賭注完全壓在那些欽定的人才身上，是極其不科學(xué)。權(quán)威是過去時，權(quán)威人士有時候是阻礙科學(xué)創(chuàng)新的最大阻力和絆腳石，要創(chuàng)新不要迷信權(quán)威，這一點以色列人比我們強多了！

1982年，兩位主要從事航空用高強度鋁合金研究的以色列科學(xué)家Shechtman和Blech，又是以色列人！他們無意中在急冷Al6Mn合金中發(fā)現(xiàn)五次對稱衍射圖啟示4---在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中，中國人為什么總是與“第一”擦肩而過？在不少研究領(lǐng)域，我們已經(jīng)達到可以跟蹤國際熱點的水平，可我們什么時候可以創(chuàng)造研究熱點，讓外國人來跟蹤？國家科研基金在支持開展國際前沿課題研究的同時，如何支持那些由中國人創(chuàng)造、將來有可能成為國際前沿的研究課題？Shechtman等人的文章是1984年11月12日刊登出來，幾乎是同時，我國著名科學(xué)家郭可信院士手下大將張澤，在過渡族金屬合金中也獨立地發(fā)現(xiàn)了五次對稱電子衍射圖，不過遺憾地與“第一名”擦肩而過。在郭可信先生的領(lǐng)導(dǎo)下，他的學(xué)生還先后發(fā)現(xiàn)了二維八次對稱準晶和十二次對稱準晶，并在國際上首次生長出毫米級的十次穩(wěn)定準晶單晶。郭可信院士的研究團隊因發(fā)現(xiàn)五次對稱及Ti2Ni準晶獲得1987年國家自然科學(xué)一等獎，他的四位學(xué)生也因為相關(guān)研究先后榮獲第一和第二屆吳健雄物理獎。準晶的發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)造了中國科學(xué)的一個奇跡，被認為是真正達到國際水平的一項研究，這個項目的研究不僅培養(yǎng)了一大批青年科學(xué)家，還“培養(yǎng)”了四位中國科學(xué)院院士，他們是葉恒強、李方華、張殿林和張澤院士?？偨Y(jié)

重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)往往是偶然的，有時候還需