[知識分享站] 顛覆科學世界的諾貝爾化學獎得主謝茲曼(Daniel Shechtman)

瑞典皇家科學院宣布,70歲的以色列科技研究所科學家謝茲曼(Daniel Shechtman)透過實驗發現前所未見的物質「準晶」(quasicrystal),打破科學界長久抱持的成見,開闢出嶄新研究道路,而獲得這項殊榮。(新聞來源:諾貝爾化學獎 以科學家發現準晶獲獎)。化學領域的權威出版社英國皇家化學學會 RSC (Royal Society of Chemistry)特地撰寫專文報導了謝茲曼的偉大成就。首先,我們就先藉此一同瞭解準晶的奧妙。(資料來源: Quasicrystals scoop prizeCrystals that aren't quite crystalline win Nobel。)

八○年代之前,最古老的物理化學原理認為所有固體都可以分為晶體與非晶體(例如玻璃)。晶體由「晶格」的規則重複圖案構成,最小的周期結構則是原子或分子的「單位晶格」。但1982年4月8號,謝茲曼在電子顯微鏡底下卻出現一幅奇觀:一種既非晶體、也不是非晶體的固態物質,它的原子規則排列,但排列方式完全不重複(沒有平移對稱性),看見這個美麗的新物質,謝茲曼將它命名為「準晶」。但科學界認為這種結構體不可能存在,與自然法則不合,因而不被接受,甚至引發相當大的爭議。

 下圖彷彿幾何圖形組成的圖案,就是「準晶」(quasicrystal)在3D圖像下的呈現樣貌,像阿拉伯世界的馬賽克鑲嵌般的結構體,排列型態極有秩序且對稱,而絕不重覆,並在礦物中自然存在,是一種全新的物質發現。謝茲曼試圖說服同僚相信他的發現,但對方總是不願相信。他所任職的「美國國家標準與技術研究所」(US National Institute of Standards and Technology)負責人甚至給他1本結晶學教科書,建議他閱讀。最後有人要求他,離開他在這個機構內的研究團體。不放棄的他更精細且縝密地鑽入研究,直到獲得諾貝爾的殊榮肯定。

由於準晶是結構緊密的物質,今日已經被用於製造刀片、眼科手術專用針頭的鋼材,甚至炒菜鍋鍍層、引擎隔熱材料或者是LED等發光裝置等,因為它具有強硬、導熱和等到性差等特性。但若要更深入地了解透過「準晶」(quasicrystal)或者是相關的主題資源,就可以進一步利用RSC (Royal Society of Chemistry)去檢索和瞭解這項驚人的研究發現和成果,一窺這項材料新物質的美麗世界。以下是RSC建議可以延伸閱讀的文獻資料:


諾貝爾委員會形容,準晶有如「引人注意的原子拼花圖案」,其排列型態極有秩序且對稱,而絕不重覆。委員會更稱讚謝茲曼:「他的奮鬥終於迫使科學界反思物質的本質。」而我們欽佩的是謝茲曼他對於科學研究的堅持,讓我們看間了準晶的美麗結構外,也讓科學世界推展出更多采多姿的新頁。
參考資源:

特約編輯 | Nicky 提供

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