Nasilni prsti struje koji su udarili u peščanu dinu u Nebraski ostavili su za sobom kristalnu konfiguraciju koja se retko nalazi u prirodi.
Unutar komada fulgurita – ili „fosilizovane munje“ – stvorenog snažnim udarom električne energije koji putuje u pesak i spaja se sa njim, naučnici su pronašli kvazikristal, raspored materije za koji se nekada smatralo da je nemoguć.
Ovo otkriće sugeriše da postoje ranije nepoznati putevi formiranja kvazikristala, otvarajući nove puteve za njihovu sintezu u laboratoriji.
„Trenutna istraga je osmišljena da istraži drugačiji mogući mehanizam za stvaranje kvazikristala inspirisan prirodom: električno pražnjenje“, piše tim istraživača na čelu sa geologom Luca Bindijem sa Univerziteta u Firenci u Italiji u svom radu.
„Otkriće kvazikristala u fulguritu sa retko uočenom 12-strukom simetrijom i sastavom koji ranije nije bio prijavljen ukazuje na to da ovaj pristup takođe može biti obećavajući u laboratoriji.“
Većina kristalnih čvrstih materija u prirodi, od skromne kuhinjske soli do najčvršćih dijamanata, prati isti obrazac: njihovi atomi su raspoređeni u strukturu rešetke koja se ponavlja u trodimenzionalnom prostoru.
Čvrste materije koje nemaju ove ponavljajuće atomske strukture – amorfne čvrste materije poput stakla – generalno su atomski nered, zbrka atoma umetnutih zajedno bez rime ili razloga.
Kvazikristali krše pravilo – njihovi atomi su raspoređeni u šablonu, ali se taj obrazac ne ponavlja.
Kada se ideja o kvazikristalima prvi put pojavila 1980-ih, koncept se smatrao nemogućim. Čvrste materije mogu biti ili kristalne ili amorfne, a ne ovako čudno između. Ali onda su ih naučnici zapravo pronašli, iu laboratorijskim uslovima i u prirodi, duboko u meteoritima.
Od tada, naučnici su utvrdili da se kvazikristali u prirodi mogu formirati samo u ekstremnim uslovima, sa neverovatno visokim udarom, temperaturom i pritiskom.
Hiperbrzinski udari meteorita su jedno takvo okruženje; u stvari, dugo vremena, to je bilo jedino okruženje u kojem su pronađeni u prirodi, i stoga se smatralo da je to moguće jedino mesto gde su se mogli pojaviti.
Tada su Bindi i njegov kolega, fizičar Pol Stejnhard sa Univerziteta Prinston, zajedno sa svojim timom, pronašli kvazikristal iskovani tokom testiranja nuklearne bombe 1945. godine. Iako nisu baš „prirodni“ uslovi, otkriće je sugerisalo da bi moglo postojati i druga okruženja u kojima bi se kvazikristali mogli formirati.
Munja je jedna od najmoćnijih sila u prirodi, udara izuzetnom brzinom i može zagrejati vazduh kroz koji prolazi do 5 puta više od temperature površine Sunca.
A kada sa dovoljno snage udari u zemlju na pravom mestu, može da otopi pesak, ostavljajući za sobom fulgurit – „fosil“ puta kojim je prošao kroz zemlju.
Svi sastojci su tu: udar, temperatura i pritisak. Tako su Bindi, Steinhardt i njihove kolege počeli da istražuju fulgurite za kvazikristale.
Dobili su uzorak fulgurita iz regiona Sandhills u Nebraski, izvučen sa mesta blizu palog dalekovoda, i podvrgnuti ga skenirajućoj elektronskoj mikroskopiji i transmisionoj elektronskoj mikroskopiji, da bi se utvrdio njegov hemijski sastav i kristalna struktura.
Uzorak se sastojao od taljenog peska i tragova rastopljenog metala provodnika sa dalekovoda. Unutar njega su istraživači pronašli dvanaestostrani kvazikristal sa prethodno neprijavljenim sastavom Mn 72,3 Si 15,6 Cr 9,7 Al 1,8 Ni 0,6 .
Atomi u ovom kvazikristalu formirali su obrazac sa 12-strukom simetrijom, raspoređenim u kvazikristalnom redu nemogućem u normalnim kristalima.
Nejasno je da li su munja ili dalekovod odgovorni za električnu energiju koja je stvorila fulgurit; međutim, na osnovu njihove analize, tim je utvrdio da je pesak morao biti zagrejan na najmanje 1.710 stepeni Celzijusa (3.110 stepeni Farenhajta) da bi se stvorio fulgurit.
Ovo, kažu istraživači, daje naznake o tome kako bi naučnici mogli da stvore kvazikristale u laboratoriji. Kvazikristali pronađeni u meteoritu sugerišu da bi sinteza šoka mogla biti jednosmerna; munja nudi nove mogućnosti.
„Otkriće dvanaestougaonog kvazikristala formiranog od udara groma ili oborenog dalekovoda sugeriše da eksperimenti sa električnim pražnjenjem mogu biti još jedan pristup koji treba dodati našem arsenalu metoda sinteze“, pišu oni u svom radu.
A otkriće ukazuje na ono što bi se ranije moglo prevideti putevi formiranja kvazikristala – kako na Zemlji, tako i šire.
„Rezultati predstavljeni ovde, zajedno sa obiljem elemenata u tragovima izmerenim u prirodnim kvazikristalima, otvaraju mogućnost da je električno pražnjenje u ranoj solarnoj magli moglo odigrati ključnu ulogu koja ne samo da objašnjava potrebne uslove za smanjenje, već i promoviše formiranje kvazikristala.“
