לפני 99 שנים הראה הפיזיקאי הגרמני מקס פון לואו (von Laue) שלאטומים במוצקים גבישיים יש סידורים מחזוריים. כשמקרינים על גביש אור בתחום קרני ה-X, האטומים מפזרים את הקרניים ויוצרים תבנית התאבכות על גבי מסך שנמצא מאחורי הדוגמה – סדרה של אזורים כהים ומוארים. הנקודות המוארות חוזרות בתבנית בסימטריה סיבובית – אפשר לקחת את סדרת הנקודות, לסובב אותה והיא תיראה בדיוק אותו דבר. אולם המדע גילה שרק זוויות סיבוב מסוימות מותרות, אלה שמשקפות את הסימטריה הפנימית של הגביש: סימטריה כפולה (סיבוב של 180 מעלות), משולשת (120), מרובעת (90) ומשושה (60). סימטריות סיבוב אחרות לא התיישבו עם הדרישה שהגביש יהיה מחזורי, כיוון שלא ניתן ליצור צורה שחוזרת על עצמה בדיוק באמצעות מחומשים, למשל.
באפריל 1982 צפה פרופ' דן שכטמן באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים בגבישים של סגסוגת (תערובת מתכות) חדשה של אלומיניום ומנגן שהכין במעבדתו. החומר יצר תמונת התאבכות חדה בדומה לגבישים רגילים, אבל הראה סימטריה סיבובית מחומשת שעל פי הפרדיגמה המדעית ששלטה אז נחשבה כאמור בלתי אפשרית. פרופ' שכטמן בדק את האפשרות שהוא צפה ב"גבישים תאומים" – התקרבות של כמה גבישים שיכולים להיראות כגביש אחד – אך ככל שניסה לשכנע את עצמו ש"אין חיה כזו", כך התחזקה אמונתו שהוא עלה על תגלית מדעית חדשה.
קוואזי-גביש של סגסוגת הולמיום, מגנזיום ואבץ (Ho-Mg-Zn) בעל סימטריה דודקאהדרלית (20 פאות). התמונה נלקחה מוויקיפדיה.
תמונת התאבכות של Ho-Mg-Zn. התמונה צולמה ועובדה בידי Materialscientist מוויקיפדיה.
פרופ' שכטמן החל במסע מפרך כדי לזכות בתמיכה בממצאיו. בעקבות טענותיו הוא אף סולק מקבוצת המחקר שלו בטענה שהוא מבייש את עמיתיו. בסופו של דבר, ובעזרת כמה מדענים נוספים, עלה בידיו לפרסם את ממצאיו בנובמבר 1984 בכתב העת היוקרתי Physical Review Letters).
במאמרו הציע פרופ' שכטמן מודל שכינה קוואזי-גבישים ("מעין-גבישים"). התבניות שמאפיינות את הקוואזי-גבישים הללו מזכירות דוגמאות של פסיפס מימי הביניים – ואף על פי שאינן מחזוריות, הן רגולריות (סדורות), דהיינו מצייתות לחוק מתמטי. המרחקים בין האטומים בגביש קשורים למספר הנקרא יחס הזהב – מספר אי-רציונלי השווה בערך ל-1.6 והוא הגבול האסימפטוטי של היחס בין איברים עוקבים בסדרת פיבונצ'י.
התגלית המרעישה חייבה את המדענים לשנות את ההגדרה הבסיסית לגביש: במקום ההגדרה המסורתית שקבעה גביש הוא "חומר שהאטומים המרכיבים אותו ארוזים בתבנית תלת-ממדית סדורה ומחזורית", הניסוח השתנה ל"כל מוצק שמראה תמונת התאבכות בדידה", דהיינו סדרת נקודות הנבדלות זו מז).
מאז תגליתו של פרופ' שכטמן בשנת 1982 סנתזו מאות קבוצות מחקר ברחבי העולם קוואזי-גבישים, ובשנים האחרונות אף התגלו קוואזי-גבישים בטבע. המבנה האטומי הייחודי של קוואזי-גבישים מקנה להם תכונות ייחודיות כגון חוזק רב שמאפשר להן לשמש כחלקיקי חיזוק לפלדה, אך גם פריכות והולכת חום גרועה, שמאפשרתלהפוך אותם למבודדי חום או לממירי חום לחשמל.
הסרטון שלפנינו מסביר בפשטות על תגליתו של פרופ' שכטמן. לצפייה בכתוביות בעברית לחצו על הכפתור המלבני בתחתית הנגן ובחרו באפשרות Hebrew.
סרטון זה הופק בידי Moleclues ותורגם בידי צוות אתר דוידסון אונליין
להסבר נוסף על הקוואזי-גבישים אתם מוזמנים לקרוא את הכתבה מהם הגבישים המכונים: קוואזי-גבישים/שכטמניט? במדור שאל את המומחה
