Nobel 2011 z chemii za odkrycie kwazikryształów

Tegoroczną Nagrodę Nobla z chemii otrzymał 70-letni Izraelczyk Daniel Shechtman. Komitet Noblowski uhonorował go za odkrycie kwazikryształów – struktur, których istnienie w przyrodzie uznawano wcześniej za niemożliwe. Shechtman otrzyma nagrodę w wysokości 10 mln koron szwedzkich, czyli ok. 1,5 mln dolarów. 70-letni naukowiec pracuje w Izraelskim Instytucie Technologicznym (Technion – Israel Institute of Technology) w Hajfie.

Laureat jako pierwszy zaobserwował kryształy, w których występują regularne koncentryczne kręgi, składające się z dziesięciu elementów. To zjawisko przeczyło przyjętym prawom krystalografii, mówiącym, że kryształy mogą powstawać z takich układów, ale składających się maksymalnie z sześciu elementów. Np. w krysztale składającym się ze struktur czteroelementowych każdy atom jest otoczony zawsze czterema innymi atomami, nawet jeśli ogląda się całość pod różnymi kątami. Niemożliwe jest uzyskanie tak regularnej struktury, złożonej z układów zawierających siedem lub więcej elementów.

Noblista zaobserwował pod mikroskopem elektronowym nieznaną wcześniej strukturę skrystalizowanego metalu, będącego stopem aluminium i manganu. Stało się to w kwietniu 1982 r.

Niemal wszystkie ciała stałe, od lodu do złota, składają się z uporządkowanych kryształów. Niemniej obraz dyfrakcji z dziesięcioma jasnymi kropkami, ułożonymi w okręgi był czymś, czego (Shechtman – PAP) nigdy wcześniej nie widział, mimo swojego rozległego doświadczenia w wykorzystaniu mikroskopów elektronowych. Ponadto tego typu kryształów nie uwzględniały międzynarodowe tablice krystalograficzne (International Tables for Crystallography). (…) W owym czasie środowisko naukowe uznawało po prostu, że wzór z dziesięcioma kropkami położonymi na okręgach nie może istnieć” – napisano w komunikacie prasowym Komitetu Noblowskiego.

Kwazikryształy są obecne w najbardziej wytrzymałej stali, uzyskanej przez Szwedów. Tworzą w niej twardą warstwę, będącą czymś w rodzaju ochronnego pancerza. Obecnie jest ona stosowana w produkcji m.in. żyletek do golenia lub cienkich igieł stosowanych do operacji okulistycznych – napisano na oficjalnej stronie internetowej Komitetu Noblowskiego.

Jak podano, kwazikryształy też są świetnymi materiałami termoelektrycznymi, zamieniającymi ciepło na energię elektryczną. Takie materiały mogłyby pomóc odzyskiwać i wykorzystywać energię cieplną – wytwarzaną np. przez samochody – która normalnie jest bezpowrotnie tracona.

Naukowcy prowadzą obecnie eksperymenty nad wykorzystaniem tych struktur do powlekania naczyń kuchennych, przy produkcji elementów energooszczędnych lamp diodowych (LED) oraz warstw izolacyjnych w silnikach.

Komitet Noblowski podkreślił, że przypadek Shechtmana, który początkowo spotkał się z niezrozumieniem środowiska naukowego, a następnie jego odkrycie zostało uznane i znalazło zastosowanie, jest ważną lekcją dla wszystkich uczonych.