هزّ العلماء صندوقًا من الجسيمات، لتتشكّل مادة جديدة غريبة!

لاحظ فريق من الفيزيائيين من جامعة Paris-Saclay في فرنسا، مركبًا غير عادي من حيث الترتيب والفوضى المعروفة باسم “شبه البلورة” الناشئة تلقائيًا في مادة حبيبية بمقياس ملليمتر لأول مرة.

إذا كان هناك جمال بالترتيب، فإن البلورات هي مظهر من مظاهر الأناقة والجاذبية.

ومن ناحية أخرى، فإن أشباه البلورات هم الأشقاء المحرجون الذين نفى العلماء وجودهم حتى لأطول فترة.

في أوائل الثمانينيات، كشف تحليلٌ لسبائك الألمنيوم والمنغنيز عن السمات المميزة التي لا يمكن إنكارها لمادة مرتبة تفتقر إلى الأنماط الدورية اللانهائية للبلور.

لقد كانت بلورة زائفة، مادة تكسر قواعد التناظر التي يُعتقد أنها تقيد الترتيب المتصلب للذرات إما على شكل بلورات أو عبثٍ مختلط.

منذ ذلك الحين، ظهرت أشباه البلورات في أماكن مختلفة، من المختبر إلى الميدان إلى السماء في الأعلى. وعلى الرغم من أنه لا يزال بعيدًا عما هو شائع، إلا أنه يعدّ بنية غير محظورة كما كان يعتقد علماء الفيزياء من قبل، حيث تتشكل تلقائيًا من جسيمات ذات مجموعة متنوعة من المقاييس، بما في ذلك الأشياء التي يمكن إعادة ترتيبها بسهولة عبر الاهتزاز.

يزيد هذا من بعض الأسئلة المثيرة للاهتمام حول حدود حجم الجسيمات والظروف التي تجعل الأنواع الصحيحة من المواد أن تتجمع ذاتيًا في نمط شبه بلوري.

حدد الباحثون العلاقة بين أحجام الكرة ونسبة الجسيمات الصغيرة إلى الكبيرة بدءًا من عمليات المحاكاة الحاسوبية، مما يشكّل مزيجًا يمكن أن يقع في الترتيبات التي تعكس تناظرًا شبه بلوري طويل المدى.

تم استخدام هذا كأساس لتجربة جمعت 3840 كرة فولاذية غير مغناطيسية بقطرين مختلفين، أحدهما أقل بقليل من (2.4) ملم، والآخر (2.4) ملم في وعاء ضحل.

تم ضبط الاهتزاز بمعدل 120 مرة في الثانية، ولم يكن هناك الكثير للقيام به سوى تصوير الاهتزاز باستخدام إعداد يرسم خرائط للجسيمات ثنائية الأبعاد.

بعد أسبوع من التدافع، كان لدى الباحثين مقياسٌ جيد لمظهر التكوينات الصغيرة والموضعية للحبات المعدنية الصغيرة والكبيرة، والطرق التي تكررت بها هذه “الرقاقة” بمرور الوقت وعبر الإناء.

يبدو أن الباحثين قد لاحظوا صورة مثيرة للاهتمام في تقريرهم الموجود حاليًا على خادم ما قبل الطباعة arXiv. com، وهي بانتظار مراجعة الأقران.

تتشكل رقاقات الأشكال المرغوبة بسرعة كبيرة، ربما كنتيجة لتعليبها المحلي الفعال، ومع ذلك فإن المحاذاة العالمية تتطلب المزيد من عمليات إعادة الترتيب الجماعية التي تبدو أنها أحداث نادرة.

إن العثور على شبه بلورات تتشكل بطرق مماثلة تحت كل من الأنظمة الصغيرة الحجم وذات النطاق الذري والحبيبي على مقياس المليمتر أمر لم يتوقعه الفريق.

في الواقع، بدأت التجربة كلها كشيء من الرهان وفقًا لكبير مؤلفي الدراسة، عالم الفيزياء النظرية Giuseppe Foffi.

أخبر Foffi العالمة الجديدة Karmela Padavic-Callaghan: “نتج هذا كرهان مع زميل قال إنه لن ينجح، لكني قلت لماذا لا تجربه فقد يكون مثيرًا للاهتمام”.

يمكن أن يكون لأشباه البلورات مجموعة متنوعة من التطبيقات في العزل والإلكترونيات بفضل تناسقها غير المعتاد ونقوشها الملتوية على مسافات طويلة.

قد لا يكون لديهم كل المظهر المثالي للبلورات، لكن الأخ المحرج لديه بالتأكيد سحرٌ خاص به.