2011諾貝爾化學獎得主Daniel Shechtman與新的物質型態「準晶體」!

2011諾貝爾化學獎得獎者是以色列籍的Daniel Shechtman,他因為發現準晶體(quasicrystals)這種新的物質型態而得獎。

一直以來人們認為物質的原子排列可以分成有規則跟沒有規則,其中有規則的就叫做「晶體」。當用單色光,如X ray照射的時候,晶體就會因為原子周期性的排列而展現出漂亮的繞射圖形。但是一直以來科學家對晶體的認識,就是晶體只能用某些特定的對稱方式存在,像是不該有五邊形晶胞的晶體(五重對稱),或是六重對稱以上的晶體不存在。

今年的諾貝爾化學獎得主的成就就是在1984年,於快速冷卻的鋁錳合金中發現了一種新的物質排列方式,其電子繞射斑具有明顯的五重對稱性,從而發現了「準晶體」這種新的物質型態。

現在知道準晶體具有完全有序的結構,然而又不具有晶體所應有的平移對稱性,所以在小範圍內原子的排列是規則(有序)的,但在大範圍下又像是是不規則(無序)的 (如下圖)。 這樣特殊的結構讓這種物質型態有不同於晶體的性質;因為這種特殊原子排列造成的性質,讓物質的行為有更多可能存在的形態,很多相關的物理性質研究都從此陸續進行,才發現很多特殊的性質,例如:準晶體的材料可以變得非常硬,或是具有特殊的電熱或光電性質。

但是在當時,幾乎所有的科學家都拒絕相信這樣的結果,主流意見認為晶體不可能存在如Shechtman說的那種排列,即便是他當時的好朋友,跟工作上的主管,都不能同意在自己的研究團隊中發現這樣的結果。這種新結果,只有他自己相信,相關研究發表也被拒絕,甚至當時最偉大的化學家與晶體學家鮑林也公開批評他說的東西是無稽之談。

不過因為他自己的堅持,加上漸漸有更多人觀察到同樣的現象,這種新的物質型態準晶體(Quasicrystals)才被科學界慢慢接受。

下面的影片就是今年得主對自己這個發現的表白,陳述他自己這一路研究的故事。因為他的經驗,影片最後他強調,如果你是一個愛好科學的人,請堅持自己的研究結果。研究者要聽別人的意見,可是自然真相的存在與否不是別人的意見能決定的。

轉載自 科學影像 scimage


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