دانیال شتچمن

شبه بلورها موادی هستند که در آنها اتمها در یک ساختار منظم قرار گرفته اند و این ساختارها هرگز تکرار نمی شوند. این اشکال مجتمع و غیر تکرار شونده، با قوانین دقیقی تعریف می شوند. که از روزگاران باستان و قرون وسطی در ریاضیات شناخته شده اند. و توسط هنرمندان اسلامی در ایران بصورت زینتی با کاشیهای غیر تکراری بکار برده شده اند. اما این پدیده در زمینه قرار گیری اتمها در کنار یکدیگر فرض ناممکنی بود.

از زمانی که دکتر شتچمن همین ساختار را در مخلوطی از آلومینیوم و منگنز مورد بررسی قرار داد. در طی یک دوره تحصیلی در مریلند و در انستیتو ملی استاندارد و تکنولوژی، او ذرات کوچک ذوب شده فلزات را به سرعت سرد کرد. وی توقع داشت که ساختار اتمها به صورت تصادفی و در هم آمیخته ای درآید و مانند ساختارهای شیشه ای شود. ولی وقتیکه او فلز مورد نظر را با میکروسکوپ الکترونی مورد بررسی قرار داد، فهمید که ساختار اتمها به صورت تصادفی و در هم آمیخته در نیامده اند. این موضوع در یادداشتهای او در تاریخ هشتم آوریل 1982 ثبت شده است.

دانشمندان باور کردند که بلورها (کریستالها) در مواد همگی شامل ساختارهای تکرار شونده هستند. برای مثال، یک شبکه مربعی چهار مرتبه تقارن دارد. پس اگر این ساختار 90 درجه چرخش کند باز هم همان شکل ابتدایی خود را خواهد داشت. هر چند که غیر ممکن می باشد، در صبح آن روز در سال 1982 الکترونها به آلیاژ ساخته شده ای توسط دکتر شتچمن از آلومینیوم-منگنز برخورد کردند. که ساختاری با 10 مرتبه تقارن را روشن می ساخت. او نتوانست آنرا بسادگی باور کند. و در یادداشتهایش اینگونه نوشت، «10 بار»؟؟.

این در حالی است که یک شبکه تکرار شونده نمی تواند آن ساختار را بسازد، ولی یک شبه کریستال براحتی می تواند این ساختار را نمایان کند.

سالها طول کشید تا دکتر شتچمن توانست دیگران را متقاعد کند.

در طی اعلان این خبر، کمیته نوبل به این موضوع اشاره کرد که یکی از همکاران در ابتدا خطاب به دکتر شتچمن گفت: «این موضوع امکان پذیر نیست». زیرا او تصور می کرد توضیح ساده تری برای آنچه دکتر شتچمن مشاهده کرده بود، وجود دارد. تعدادی از دانشمندان از جمله لینوس پائولینگ که او نیز یکی از برندگان جایزه نوبل می باشد، به تندی این موضوع را مورد بحث قرار داد که داده های دکتر شتچمن را از آنجا که دو کریستال تناوبی منظم در یک زاویه به یکدیگر متصل شده اند، می توان با « دوقلوزایی» توضیح داد.

نانسی جکسون رئیس انجمن شیمی امریکا می گوید: « آنان باید مورد سرزنش قرار گیرند». و در ادامه می افزاید « وقتیکه او برای اولین بار این مواد را بررسی کرد، هیچکس تصور نمی کرد که این مواد امکان وجود داشته باشند. و آن یک داستان علمی بزرگی بود که دانشمندان همتراز او فکر می کردند غیر ممکن است. اما در طی زمان، مردم فهمیدند که او راست می گوید».

پس از این حتی تعریف کریستال باید تغییر کند. پیش از این، یک کریستال اینگونه تعریف می شد که هر آنچه یک ساختار منظمی داشته باشد و در سه بعد فضا تکرار شود را کریستال می گویند. این تعریف بر اساس پیشنهاد اتحادیه بین المللی کریستالوگرافی (بلورشناسی) عنوان شده بود. تعریف جدید که در سال 1992 پذیرفته شد، بیان می کند که یک کریستال جامدی  با یک « الگوی پراش تفکیک شده» است. و ساختاری شبیه به آنچه دکتر شتچمن گفت ارائه می کند.

این امر در آینده منجر به گشوده شدن درب جدیدی برای انواع مختلفی از کریستالها می شود. از آنجا که شبه کریستالها در تعداد دیگری از مواد پیدا شده بودند. و از آن جمله می توان نوع جدیدی از یک کانی طبیعی که در سال 2009  در رودخانه کاتریکا در شرق روسیه پیدا شد را مثال زد. دانشمندان علم مواد، شبه کریستالها را بدلیل خواص ممتازشان مورد بررسی قرار داده اند. شبه کریستالها که اغلب آنان کاملا از جنس فلزات می باشند، سخت، ترد، شکننده و لغزنده می باشند و شباهتی به فلزات دیگر ندارند. همچنین هدایت الکتریکی آنها بسیار ضعیف است.

شبه کریستالها تا کنون تاثیر نسبتا کمی در دنیا داشته اند. برای مثال می توان یک نوع استیل بسیار انعطاف پذیر را عنوان کرد که شامل استیل سخت شبه کریستالها می باشد که در درون استیل نرمتری تعبیه شده اند. و امروزه در تیغهای صورت تراشی و سوزنهای نازک جراحی چشم بکار می روند. همچنین شبه کریستالها می توانند منجر به بهتر شدن ماهی تابه ها، لامپهای LED و موتورهای دیزلی شوند.

پاتریشیا، یکی از همکاران دکتر شتچمن در ایالت آیوا و آزمایشگاه آمز که او نیز شبه کریستالها را مورد بررسی قرار می دهد، می گوید: « کاربردها هنوز توسعه داده نشده اند». و در ادامه می افزاید: « اما شبه کریستالها دانسته های ما را از چگونگی قرار گیری اتمها در جامدات متحول کردند، و آن یک انقلاب علمی بود».

دکتر شتچمن می گوید: « امروزه هزاران نفر از دانشمندان جهان در زمینه ای فعالیت می کنند که من آنرا توسعه داده ام و اطمینان دارم که آنان این جایزه را برتری خودشان می دانند و در حقیقت سزاوار آن هستند. بدون فعالیت این افراد، این علم نمی توانست در جایگاه فعلی خود قرار گیرد»

ودر نهایت اینکه دکتر شتچمن به این جمله معتقد بو که:

« اصلی ترین درسی که من در طول زمان آموخته ام آنست که یک دانشمند خوب، دانشمندی فروتن و بی ادعاست و نه کسی که صددرصد به آنچه در کتابهای مرجع می خواند، اطمینان داشته باشد»

منبع:http://www.nytimes.com/2011/10/06/science/06nobel.htm