flour_doubletさんとKentaroSatoさん、それぞれによる準結晶（2011ノーベル化学賞）の簡単な解説

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

え？シェヒトマン？準結晶の？

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

高温超電導の影に隠れて、準結晶の発見はあまり注目されなかったけど、立派な研究ですよね。でもそれはどっちかというと固体物理だと思うの。

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

一度でいいから、有機化合物の２成分系準結晶（立体ペンローズタイル）を探し当ててみたくて、どうやっても解けない構造の化合物の反射に五回対称が出てないかずっと探してたことがありました。残念ながらありませんでしたが。

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

でも、急冷合金の反射の五回対称の反射パターンから、ペンローズのタイルが出てくるというその柔軟な思考回路には敬服の念を感じずにはいられません。マテリアルサイエンスへの寄与という点から化学ショーだったのでしょう。おめ！

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

前に、準結晶のキレイそうな写真をウェブ上であさっていたのよね・・・。こんなことならトンペーに行って写真撮っておけばよかったですね。　http://t.co/eeuLu0Rg

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

準結晶：結晶の定義である原子の並進対称を持たず、非周期的であるにもかかわらず、秩序性を持って原子が配列している固体状態。二次元ペンローズタイルの積層構造あるいは三次元の「レンガ」構造を持っている。シェヒトマンが８０年代に見つけたが、高温超伝導ブームに重なりウケが悪かった。

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

結晶の中の原子配列の対称には、絶対に５回対称ってのはないんです。五角形では平面を隙間なく埋め尽くすことはできませんから。で、彼が８０年代にある種の急冷合金のX線回折実験をしてみると、５回対称軸（正確には１０回）のパターンが出てきたのです。これは今までの結晶学の理屈に合わない。

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

で、彼は頭を働かせて、ペンローズのタイル張りみたいな原子配列になってるんだろうと考えたのです。ペンローズのタイルは二種類の菱形からできていて、周期性はないんですが五回擬対称が出てきます。　http://t.co/KjhddGsH　これが立体的にできているんだろう、と。

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

結晶のいいところは規則構造ですが、準結晶には正確な規則構造がありません。結晶には規則性の乱れがあって、これが結晶性材料の限界にもなるんですが、準結晶とアモルファスにはそれがありません。様々な普通の結晶にはない物性が多く出るのです。

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

そんな感じですかね。ペンタゴン石の五角形で、結晶屋に言わせるとものすごくビックリするのは、結晶の中には五回対称軸が存在するはずがないからなのです。

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

@72meCat ちなみにこの分野、日本の第一人者は女性研究者なんですよ。

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

@72meCat そんな感じです。絶対に出るはずのないX線のパターンと、パズル的図形がうまく結びついたのが、彼の受賞のきっかけになっています。

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

三次元版ペンローズタイルは、二種類のひしゃげた菱餅のような形で、規則性なく空間を緻密に詰めることができます。有機分子二種で、分子間相互作用が弱くて類似構造を取っていれば、そういうのが出来るだろうとPD時代に考えたのです。

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

おそらく、有機準結晶ができたとしたら、X線ではそこそこキレイな反射が出るのにどうやっても構造解析できず、回折写真を見ると５回の対称パターンが出ているように見えるはずです。それを狙って、どうやっても解けなかった化合物群の反射をずっと睨んでいたことがありました。なかったんですけど。

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

原子配列（対称）の乱れという点では、結晶よりうんと悪く、液晶や柔軟性結晶よりちょっと悪く、アモルファスよりちょっとまし、というイメージでいいんじゃないでしょうか。

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

しかし、やっぱりこっちは物理だと思うんですけどね・・・。

山猫だぶ㌠ @fluor_doublet

@ALC_V 良く見てください。この中には規則的な部分がないんです。で、辺の長さの等しい二種類の菱形で埋め尽くされている。それが鍵です。

佐藤健太郎 @KentaroSato

Daniel Shechtman教授、準結晶の発見に。単独受賞か。

佐藤健太郎 @KentaroSato

結晶というのは繰り返し構造をとる。3次元空間に、一定のパターンで分子あるいはイオンが詰め込まれる。繰り返し構造の関係上、回転対称軸は3回・4回・6回などに限られる。正三角形・正方形・正六角形などのタイルで平面を埋め尽くせるのと原理は同じ。

佐藤健太郎 @KentaroSato

が、イギリスの物理学者ロジャー・ペンローズは、5回対称軸を基本とした、繰り返し構造にならないタイルパターンがあることを発見した。これはペンローズタイルと呼ばれる。 http://ow.ly/6NUkQ

佐藤健太郎 @KentaroSato

準結晶は正20面体型の原子のクラスターを含むなど、通常の結晶に見られない部分構造を持つ。また準結晶は、その非周期性のためへき開面（パキッときれいに割れる）を形成しにくく、このため比較的硬くて強靭（脆くない）である……らしい。

佐藤健太郎 @KentaroSato

今回の受賞者Shechtmanは、アルミとマンガンの合金を急冷することで、5回転対称軸を含む奇妙な「結晶」ができることを発見した。解析の結果、ペンローズが示したタイルパターンに似た、繰り返しにならない3次元構造であることを発見した。これが「準結晶」。

佐藤健太郎 @KentaroSato

えー、あり合わせの知識で急遽解説したので、ウソとか間違いとか不十分な点があろうかと思います。詳細は帰ってからブログで。