法国巴黎萨克雷大学的物理学家们首次在毫米级的颗粒材料中，观察到一种叫做“准晶体”的奇特结构，它既有序又混乱。

如果说有序就是美，那么水晶就是优雅和魅力的化身。而准晶体则是科学家们长期否认其存在的尴尬兄弟姐妹。直到 20 世纪 80 年代初，对铝锰合金的分析显示，这种材料具有有序的特征，但却没有晶体的无限周期性图案。它是一种伪晶体……一种打破了对称性规则的材料，这些规则被认为限制了原子在固化时形成晶体或无序结构。

从那时起，准晶体出现在各种地方——从实验室到野外再到天空之上。虽然它们并不常见，但也不是物理学家曾经想象的那样禁忌，它们是由各种尺度的粒子自发形成的，甚至包括那些可以通过摇动重新排列的物体。

这就引出了一些有趣的问题，关于粒子尺寸的限制和哪些类型的材料可能自组装成准晶体图案的条件。

研究人员从计算机模拟开始，确定了球形粒子的尺寸和小粒子与大粒子比例之间的关系，这些粒子组成了一种混合物，有可能形成反映长程准晶体对称性的排列。

基于此，他们进行了一项实验，将 3840 个两种不同直径的非磁性钢球(一个直径略低于 2.4 毫米，另一个是它的一半)放在一个浅容器中。将容器设置为每秒振动 120 次后，他们就用一台能够记录粒子二维排列的设备拍摄视频。

经过一周的摇动后，研究人员很好地测量了大小金属球形成的局部结构(称为“瓷砖”)的外观，以及这些“瓷砖”如何随时间和空间重复出现。

研究人员在他们的报告中指出：“似乎出现了一个有趣的画面。”这份报告目前在arXiv.com 上等待同行评审。

“期望形状的瓷砖非常快地形成了，这可能是由于它们局部紧密排列的结果。然而，全局对齐需要更多集体重新排列，而这些似乎是罕见事件。”

在原子级和毫米级系统中发现准晶体以类似方式形成，这是该团队没有预料到的。事实上，根据该研究的资深作者、理论物理学家朱塞佩·福菲的说法，这个实验一开始就是一场赌注。

“这是和一位同事打赌而开始的，他说这不会成功，但我说为什么不试试呢，这可能很有趣，”福菲告诉《新科学家》的卡梅拉·帕达维奇-卡拉汉。
凭借其不寻常的对称性和长距离的奇特图案，准晶体在绝缘和电子领域有着多种应用。它们可能没有水晶的完美外观，但这个尴尬的兄弟姐妹绝对有着自己的魅力。

arXiv：https://arxiv.org/abs/2307.01643

https://www.sciencealert.com/scientists-vibrated-a-box-of-particles-and-they-formed-a-strange-new-material

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