Phát hiện tinh thể cực hiếm trong thiên thạch tại Nga

Vì là một vật chất có nguồn gốc từ vũ trụ nên không chỉ hiếm mà nó còn có cấu trúc tinh thể rất đặc biệt, không giống với bất cứ nguyên tố nào khác trên Trái đất.

Các nhà Địa chất vừa phát hiện một chất bán tinh thể cực hiếm trong một mẫu thiên thạch được tìm thấy ở Nga và đây là lần thứ 3 chúng ta có may mắn tìm thấy mẫu tinh thể này trong tự nhiên.

Vì là một vật chất có nguồn gốc từ vũ trụ nên không chỉ hiếm mà nó còn có cấu trúc tinh thể rất đặc biệt, không giống với bất cứ nguyên tố nào khác trên Trái đất.

Trong hơn một thập kỷ từ lần xuất hiện đầu tiên thì cấu tạo của nó vẫn là chủ đề nóng hổi và còn nhiều tranh cãi.

Mẫu bán tinh thể này được phát hiện bởi nhóm các nhà địa chất học của trường ĐH Florence, Italy. Nhóm đã phân tích một mẫu thiên thạch rơi xuống vùng Khatyrka, miền viễn Đông nước Nga vào 5 năm trước và phát hiện được sự có mặt của bán tinh thể với bề rộng chỉ vài micro mét.

Mẫu tinh thể cực hiếm được tìm thấy trên thiên thạch rơi tại Nga.

Đây là bán tinh thể thứ 3 được tìm thấy ở những thiên thạch từng được phân tích, chứng tỏ rằng vẫn còn có nhiều hơn ở đâu đó ngoài kia và thậm chí là sẽ có cấu trúc đặc biệt hơn nữa.

"Điểm đặc biệt nằm ở chỗ, chúng tôi đã tìm thấy 3 kiểu bán tinh thể khác nhau trên cùng một thiên thạch và lần gần đây nhất thì có cấu tạo hóa học lần đầu tiên được biết tới cho một bán tinh thể. Điều này chứng tỏ rằng, vẫn còn nhiều bí ẩn mà chúng ta chưa khám phá hết, có thể còn có nhiều chất bán tinh thể nữa sẽ được tìm ra trong tương lai không xa" – Paul Steinhardt từ Đại học Princeton, thành viên nhóm nghiên cứu chia sẻ.

Bán tinh thể là một dạng vật chất có cấu trúc nguyên tử hết sức đặc biệt, chúng bao gồm tính đối xứng của một tinh thể với tính bất đối xứng của những vật chất vô định hình.

Những tinh thể thông thường như là bông tuyết, muối ăn, kim cương... có cấu trúc đối xứng gần như hoàn hảo. Tinh thể dạng chuỗi liên kết bao gồm hầu hết các kim loại, đá, băng có cấu trúc tinh thể ngẫu nhiên và phân tán. Còn những chất rắn vô định hình ví dụ như thủy tinh, các loại nhựa, sáp...

Vào năm 1982, nhà hóa học người do thái Daniel Shechtman đưa ra giả thuyết về một dạng tồn tại khác của cấu trúc nguyên tử có khả năng tồn tại trong tự nhiên – một cấu trúc đặc biệt, bán định hình với cấu trúc nguyên tử không lặp lại dù quan sát từ hướng nào đi chăng nữa.

Cấu trúc bán tinh thể.

Cho tới khi tìm thấy chính nó trên một mẫu vật liệu tổng hợp trong phòng thí nghiệm, ông đã phải thốt lên "Eyn chây kao", nghĩa là "Thật không thể có ngoài tự nhiên".

Shechtman đã được trao tặng giải Nobel hóa học cho nghiên cứu kể trên vào năm 2011 sau nhiều thập kỷ bị nghi ngờ và chế nhạo vì giả thiết được cho là điên rồ này.

Lý do khiến chất bán tinh thể trở nên đặc biệt đó là vì trong hơn hai thế kỷ của khoa học hiện đại, tính đối xứng của cấu trúc nguyên tử là một luật bất thành văn.

Trước khi phát hiện ra các chất bán tinh thể, khoa học vẫn tin rằng cấu trúc nguyên tử lặp đi lặp lại và đối xứng nhau theo 1 trong 4 kiểu: Lặp đôi, lặp 3 (3 cạnh), lặp 4 (4 cạnh) hoặc lặp 6 (6 cạnh). Và chất bán tinh thể khi được phát hiện đã phá vỡ quy tắc này bởi vì chúng có cấu trúc tinh thể với đối xứng lặp 5 (5 cạnh)

"Chúng ta thường lựa chọn lót nhà tắm với độ kín hoàn hảo thì chỉ có thể lựa chọn miếng lót hình tam giác, chữ nhật, vuông hoặc lục giác vì những hình dạng khác sẽ để lại kẻ hở lớn hơn" - Pat Theil, chuyên gia cao cấp thuộc phòng thí nghiệm Ames, Bộ Năng lượng Mỹ giải thích đơn giản về cách sắp xếp đối xứng của các nguyên tử.

Cấu trúc 5 cạnh của bán tinh thể.

Chất bán tinh thể giống như một hình ngũ giác, không thể ghép lại hoàn hảo như hình vuông hay chữ nhật, tuy nhiên, những cấu trúc nguyên tử khác sẽ di chuyển lấp vào khoảng trống đó.

Vì chất bán tinh thể là cực kỳ hiếm trên trái đất nên đã có nhiều nghiên cứu để tái tạo và sản xuất loại vật chất này trong phòng thí nghiệm và bước đầu đã có những ứng dụng nhất định từ chảo chống dính cho đến đèn LED.

Khi tiến hành phân tích thành phần cấu tạo của chất bán tinh thể, các nhà khoa học xác định rằng, bên trong nó được hợp thành bởi nhóm, đồng, và nguyên tử sắt, tất cả sắp xếp lại với nhau như những miếng ngũ giác trên một quả bóng.

Phát hiện lần này về chất bán tinh thể sẽ mở ra nhiều bí ẩn mới về vũ trụ bao la cũng như là khả năng tìm ra nguồn vật liệu mới ưu việt hơn cho tương lai.