在第一次核爆炸遗迹中发现的最古老的人造准晶体

科学家们在近76年前第一次原子弹试验的残骸中发现了可能是最古老的合成准晶体。

这份报告汇集了化学中两种最奇怪的现象。1945年7月16日，三位一体试验成为第一次核爆炸，作为二战期间曼哈顿计划的一部分，在新墨西哥沙漠进行。在随后的爆炸中，以硅酸盐为基础的沙漠沙子颗粒被吸入爆炸的火球，然后以一种名为三闪石的玻璃状矿物的形式落下。这些碎片通常是绿色的，但偶尔也会发现红色的三闪石，这是由测试记录设备的沙子与氧化铜熔融形成的。导致三长岩形成的确切条件仍然未知，从沙漠中移走这些岩石仍然是一种犯罪。

现在，一个由地质学家领导的小组卢卡·宾迪意大利佛罗伦萨大学的理论物理学家保罗·斯坦哈特来自美国普林斯顿大学的科学家报道了一种新的二十面体准晶体Si₆₁铜_30.Ca₇菲₂，在一个1厘米长的红三角岩样本中发现。准晶体是另一个科学难题。它们的原子结构是有序的，但它们的模式不像普通晶体那样重复。这被认为是不可能的直到1982年丹·谢赫特曼的这一发现获得了诺贝尔奖斯坦哈特建议将其命名为“准晶体”。

由于知道高温高压环境会产生准晶体，研究小组决定研究三位一体试验的核爆炸碎片。由于大多数准晶体都是金属合金，研究小组从他们的样品中分离出12个“金属斑点”，并用x射线衍射对它们进行了检测。这揭示了一个金属液滴包含一个具有五重、三重和两重对称轴的结构——这种组合只能存在于准晶体中。

这个三晶体样本很可能是人类合成的第一个准晶体，尽管是在不知情的情况下。在三位一体测试之前，科学家们无法创造出这种物质形成所必需的极端环境。这项工作是继Bindi和Steinhardt发现首先是自然形成的准晶体，二十面铁矿₆₂铜₂₄菲₁₃)，在2010年的Khatyrka陨石中发现，这可能可以追溯到太阳系的起源。

克洛伊Bonamici威斯康辛大学麦迪逊分校的助理教授，专攻同位素地球化学，他说这项工作支持了“核火球内部是一个非常不寻常的成键环境”的观点。她补充说:“这一发现可能也支持了蒸汽和等离子体在核火球中冷凝的重要作用，因为许多人造准晶体是通过蒸汽沉积和等离子喷涂过程产生的。”

这一发现意味着其他原子试验场可能会产生新的准晶体，帮助我们了解它们在自然界中是如何形成的，并让我们更清楚地了解核爆炸中起作用的复杂力量。波纳米奇说:“现在，准晶体是另一个更大的谜团中的一个微小而诱人的谜团。”