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             SciScape 新聞 (http://leos.bu.edu/)   
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[Sep 02, 00] 準晶，逮到你了！

準晶(quasicrystal)是一種奇特的固體，它的原子結構相當規則但卻不像晶體(crystal)那麼規律。
最近日本的研究人員首次透過電子顯微鏡觀察到準晶特有的原子運動模式，為「準晶為什麼可以
存在」這個問題提供了解答的方向。

「單胞」(unit cell)是晶體結構最小的重複單位，雖然局部來看準晶的結構也有一定的規則與某
些規律，但是準晶卻不存在這種可以填滿整個空間的最小單位。此外準晶也具有一般晶體沒有的旋轉對
稱性，如五邊形的對稱性等等。一個準晶結構最好的例子是：Penrose 瓷磚(Penrose tilings)，
它以兩種菱形瓷磚為基礎，透過一些複雜的組合填滿整個空間。準晶有一種特殊的原子運動模式
稱為 phason，由 Penrose 瓷磚的例子我們知道準晶至少是由幾種基本結構的組合以填滿整個原
子空間。由於這個特性，準晶內的原子振動可使得這幾種基本結構之間來回變換而不會破壞準晶
的整體構造(註一)。日前東京大學枝川圭一(Keiichi Edagawa)的研究小組成功的透過電子顯微鏡捕捉到
這個特殊的振動。以往的實驗只能看到 phason 運動的靜態影像，枝川的小組則將將鋁、銅、鈷
的合金加熱到 1123 K 後，利用高解析度穿透式電子顯微鏡(HRTEM)錄製 phason 的振動影像。
枝川表示：「在高溫的環境下拍攝高解析度 TEM 影像並不容易」，但是從他們錄製的影像可以清
楚的看見原子的振動讓數種結構之間來回變化，與理論描述的 phason 運動吻合。

直覺上物理學家認為準晶的結構應該是非常不穩定的，但是物理學家對於為什麼它們可以存在卻是
了解不多。而 phason 的行為是目前關於準晶理論研究中相當重要的環節，只有在對其動力學行為
有更深入的了解之後，科學家才有機會進一步解開準晶之謎。

原始論文：
High Resolution Transmission Electron Microscopy Observation of Thermally Fluctuating Phasons in Decagonal Al-Cu-Co,
Keiichi Edagawa, Kunio Suzuki, and Shin Takeuchi,
Phys. Rev. Letts. 85, 1674 (2000).

註一：假設準晶是由兩種四邊形的組合形成的平面結構，如果構成準晶的某種原子如果在 A 位置與附近的原子一起形成一種四邊形對稱，在 B 位置則一起形成另一種四邊形對稱，原子在 A、B 之間震盪的話就會讓這附近的晶格在兩種四邊形結構之間來回變化。


--摘譯自:
Quasicrystal Caught in the Ac, Pthysical Review Focus 6, story 6, 15 August 2000
<http://focus.aps.org/v6/st6.html>
--相關連結: 
(1)非常精彩的準晶介紹，適合初入門者：Quasicrystals
<http://www.nirim.go.jp/~weber/qc.html>
(2)關於 Penrose tilings 可以參考：Make your own tilings with QuasiTiler
<http://www.geom.umn.edu/apps/quasitiler/start.html>
(3)另一個關於 tilings 的站：de Bruijn tilings
<http://www.netspace.net.au/~gregegan/APPLETS/12/12.html>

 -- 責任編輯: Chia-Chen Chang <odyseuss@pagic.net>