Giả tinh thể có cấu trúc hiếm gặp trong thiên thạch Nga

Cấu trúc phân tử của giả tinh thể. Ảnh: Bộ Năng lượng Mỹ.

Mẫu vật giả tinh thể mới được nhóm nghiên cứu do nhà địa chất học Luca Bindi ở Đại học Florence, Italy, tìm thấy, theo Science Alert. Những tinh thể này không chỉ quý hiếm mà cấu trúc phân tử của chúng còn hết sức kỳ lạ. Trong nhiều thế kỷ, giới nghiên cứu cho rằng chúng không thể tồn tại trong tự nhiên.

Trong kết quả công bố hôm 8/12 trên tạp chí Scientific Reports, nhóm nghiên cứu kiểm tra một khối thiên thạch nhỏ rơi xuống vùng Khatyrka ở cực đông nước Nga cách đây 5 năm và phát hiện mẩu giả tinh thể có bề rộng chỉ vài micromet ở bên trong. Đây là mẫu vật giả tinh thể thứ ba được tìm thấy trong các khối thiên thạch.

"Điều đáng khích lệ là chúng tôi đã tìm thấy ba loại giả tinh thể khác nhau trong cùng một thiên thạch, và mẫu vật mới có thành phần hóa học chưa từng được bắt gặp ở các mẫu giả tinh thể trước đây", Paul Steinhardt, nhà khoa học ở Đại học Princeton, Mỹ, một thành viên nhóm nghiên cứu, chia sẻ. "Điều này chỉ ra còn nhiều giả tinh thể mà chúng ta chưa biết có thể tồn tại".

Giả tinh thể chứa cấu trúc phân tử vô cùng độc đáo, kết hợp giữa đặc tính đối xứng của tinh thể và trạng thái hỗn loạn của chất rắn vô định hình. Tinh thể thông thường như bông tuyết, kim cương và muối được tạo từ các phân tử sắp xếp theo hình dạng đối xứng gần như hoàn hảo. Đa tinh thể, bao gồm phần lớn các kim loại, đá và băng, có kết cấu sắp xếp ngẫu nhiên và kém trật tự hơn tương tự chất rắn vô định hình (thủy tinh, sáp và nhiều loại nhựa).

Năm 1982, nhà hóa học người Israel Daniel Shechtman đưa ra giả thuyết một loại cấu trúc phân tử khác có thể tồn tại trong tự nhiên. Theo Shechtman, đây là một dạng vật chất kỳ lạ bán trật tự với kết cấu phân tử không thể hiện mô hình lặp lại ở bất kỳ vị trí quan sát nào. Shechtman được trao giải Nobel Hóa học năm 2011 cho phát hiện, nhưng trước đó, ông hứng chịu những lời chỉ trích và chế nhạo của đồng nghiệp suốt nhiều thập kỷ do đề cập đến một thứ trái với tự nhiên như cấu trúc bán trật tự.

Giới nghiên cứu nghi ngờ sự tồn tại của giả tinh thể bởi trong gần hai thế kỷ, các nhà khoa học tin rằng tính đối xứng hoàn hảo trong cấu trúc phân tử tuân theo một loạt quy tắc chặt chẽ. Trước khi sự tồn tại của giả tinh thể được xác nhận, giới khoa học mặc định để có thể phát triển hình dạng đối xứng lặp lại, kết cấu vật thể cần bộc lộ một trong 4 dạng đối xứng xoay: 2 cạnh, 3 cạnh, 4 cạnh hoặc 6 cạnh. Giả tinh thể phá vỡ quy luật này bởi chúng có kết cấu tinh thể với đối xứng xoay 5 cạnh.

Theo cách giải thích của Pat Theil, nhà khoa học cao cấp ở Phòng thí nghiệm Ames thuộc Bộ Năng lượng Mỹ, nếu bạn muốn lát kín sàn nhà tắm bằng những viên gạch, chúng phải có hình chữ chữ nhật, hình tam giác, hình vuông hoặc hình lục giác. Mọi hình khối đơn giản khác đều không thể áp dụng bởi  chúng tạo ra khoảng trống giữa các viên gạch. Giả tinh thể giống như một viên gạch ngũ giác.

Trong khi giả tinh thể rất hiếm trong tự nhiên, việc tạo ra chúng trong phòng thí nghiệm rất đơn giản. Giả tinh thể nhân tạo đang được sử dụng rộng rãi để sản xuất mọi thứ từ chảo rán đến đèn LED.

Nhóm nghiên cứu của Steinhardt xác nhận mẫu vật giả tinh thể mới là sản phẩm từ sự kết hợp giữa các phân tử nhôm, đồng và sắt. Tất cả sắp xếp theo mô hình ngũ giác bao quanh dạng quả bóng.

Phương Hoa