ควอซีคริสตัล

ผลึกแบบกึ่งเป็นรอบ () หรือเรียกสั้นว่า ควอซีคริสตัล หรือ เควไซคริสตัล () รูปแบบของแข็งกึ่งผลึกสามารถเติมช่องว่างทั้งหมดที่มีอย่างต่อเนื่องได้ แต่ขาดสมมาตรเคลื่อนที่ ขณะที่ผลึก ตามทฤษฎีข้อจำกัดทางผลึกวิทยา (crystallographic restriction theorem) คลาสสิก สามารถมีแกนหมุนได้เฉพาะสอง สาม สี่และหกรอบเท่านั้น รูปแบบการเลี้ยวเบนแบรก (Bragg diffraction) ของควอซีคริสตัลแสดงยอดแหลมด้วยระเบียบสมมาตรอื่น ๆ เช่น แกนหมุนห้าเท่า

เทสเซลเลชันไม่สม่ำเสมอ (aperiodic tiling) ถูกค้นพบโดยนักคณิตศาสตร์ในต้นคริสต์ทศวรรษ 1960 และ อีกราวยี่สิบปีให้หลัง ถูกพบว่าประยุกต์ใช้กับการศึกษาควอซีคริสตัล การค้นพบรูปแบบไม่สม่ำเสมอเหล่านี้ในธรรมชาติได้ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ในสาขาวิทยาผลิกศาสตร์ ควอซีคริสตัลเคยถูกศึกษาและสังเกตก่อนหน้านี้ แต่ยังไม่ได้รับความสนใจเพื่อประโยชน์ในมุมมองทั่วไปเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมของสสารกระทั่งคริสต์ทศวรรษ 1980

อธิบายโดยสังเขป การจัดเรียงตัวจะไม่เป็นรอบหากขาดสมมาตรเคลื่อนที่ หมายความว่าสำเนาเคลื่อนที่จะไม่มีทางเหมือนกับของเดิมทั้งหมด นิยามทางคณิตศาสตร์อย่างละเอียดว่า จะไม่มีสมมาตรเคลื่อนที่ในทิศทางอิสระเชิงเส้นมากกว่า n -1 โดยที่ n เป็นมิติของช่องว่างที่เติม นั่นคือ เทสเซลเลชันสามมิติที่แสดงเป็นควอซีคริสตัลอาจมีสมมาตรเคลื่อนที่ในสองมิติ ความสามารถในการเลี้ยวเบนมาจากการมีอยู่ของส่วนย่อยจำนวนมากอย่างไม่จำกัด โดยมีระยะห่างเท่ากัน ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่อธิบายคร่าว ๆ ได้ว่า ระเบียบพิสัยยาว (long-range order) ในทางการทดลอง ความไม่สม่ำเสมอนี้เปิดเผยในสมมาตรไม่ปกติของรูปแบบการเลี้ยวเบน นั่นคือ สมมาตรของการจัดเป็นระเบียบมากกว่าสอง สาม สี่หรือหก รายงานการพบสิ่งที่ภายหลังรู้จักกันว่าควอซีคริสตัลอย่างเป็นทางการครั้งแรกทำโดยแดน เชชท์มัน และเพื่อนร่วมงานใน ค.ศ. 1984 เชชท์มันน์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำ ค.ศ. 2011 จากการค้นพบของเขา

นับตั้งแต่การค้นพบของเชชท์มันครั้งแรกใน ค.ศ. 1984 มีรายงานควอซีคริสตัลหลายร้อยชนิดและยืนยันแล้ว โดยไม่ต้องสงสัย ควอซีคริสตัลไม่เป็นของแข็งแบบเฉพาะ (unique form) ของของแข็งอีกต่อไป พวกมันมีอยู่ทั่วไปในอัลลอย โลหะหลายชนิดและพอลิเมอร์บางชนิด ควอซีคริสตัลพบส่วนใหญ่ในอัลลอยอะลูมิเนียม (Al-Li-Cu, Al-Mn-Si, Al-Ni-Co, Al-Pd-Mn, Al-Cu-Fe, Al-Cu-V เป็นต้น) แต่ที่มีองค์ประกอบอื่นก็เป็นที่รู้เช่นกัน (Cd-Yb, Ti-Zr-Ni, Zn-Mg-Ho, Zn-Mg-Sc, In-Ag-Yb, Pd-U-Si เป็นต้น)

อ้างอิง

แหล่งข้อมูลอื่น 
A Partial Bibliography of Literature on Quasicrystals (1996–2008).
BBC webpage showing pictures of Quasicrystals
What is... a Quasicrystal?, Notices of the AMS 2006, Volume 53, Number 8
Gateways towards quasicrystals: a short history by P. Kramer
Quasicrystals: an introduction by R. Lifshitz
Quasicrystals: an introduction by S. Weber
Steinhardt's proposal 
Quasicrystal Research – Documentary 2011 on the research of the University of Stuttgart

"Indiana Steinhardt and the Quest for Quasicrystals  – A Conversation with Paul Steinhardt" , Ideas Roadshow, 2016

ผลิกศาสตร์
ฟิสิกส์สสารควบแน่น