Молекулярные квазикристаллы – миф или возможность?
С помощью компьютерного моделирования впервые удалось установить, что органические молекулы способны самособираться в квазикристаллы, что в перспективе позволит разработать новые материалы с экзотическими свойствами.
Имитируя знаменитые математические узоры, известные как мозаика Пенроуза, Дмитрий Лайков (Dimitri Laikov) из Московского государственного университета, разработал два комплементарных молекулярных элемента мозаики и провел компьютерное моделирование их супрамолекулярных взаимодействий. Компьютерная модель самосборки таких систем демонстрирует, что для нее характерна асимметрия и пятилучевая симметрия, характерная для квазикристаллов – супрамолекулярный комплекс с таким строением и такими свойствами моделируется впервые.
Квазикристаллы были впервые открыты в 1980-х годах, однако прошло немалое время до признания возможности существования таких структур – многим казалось, что они существенно нарушают обычные правила кристаллографии. В отличие от обычных кристаллов, обладавших трансляционной симметрией и осями вращения второго, третьего, четвертого или шестого порядка, в квазикристаллах проявляется пяти- или десятилучевая симметрия, и не наблюдается симметрии трансляционной.
К настоящему времени уже обнаружены сотни материалов, формирующих квазикристаллические фазы, однако в отличие от обычных кристаллов, которые могут быть образованы любым веществом от соли до белка, практически все известные квазикристаллы представляют собой трехкомпонентные металлические сплавы, как, например, икозохедрит – Al63Cu24Fe13. Это обстоятельство позволяет предположить, что существует гораздо большее количество еще не открытых квазикристаллов, образуемых более сложными веществами.
Лайков разработал два компонента, имитирующие толстые и тонкие «ромбы», комбинация которых дает мозаику Пенроуза, моделируя такие соединения он разместил в их структуре группы, способные образовывать водородные связи, таким образом, чтобы в результате их взаимодействия формировался квазикристалл. По словам самого Лайкова, подбор пары молекул, удовлетворяющих всем условиям, необходимым для формирования квазикристаллической фазы, представлял собой отнюдь не тривиальное задание.
Рассуждая о возможности практического применения результатов исследования, Лайков отмечает, что молекулярные квазикристаллы могут обладать уникальными свойствами, поскольку их иерархическая структура вполне в состоянии обеспечить материалу необычные оптические, механические, электромеханические и термические характеристики. Он добавляет, что, даже если случится так, что если такие материалы и нельзя будет использовать непосредственно, их эстетика мотивирует новые поколения химиков на создание еще более интересных по строению и свойствам молекулярных материалов.
Оценивая работу Лайкова, Георг Шрекенбах (Georg Schreckenbach) из Университета Манитобы (Канада) заявляет, что результаты компьютерного моделирования, проделанного Лайковым, лишний раз демонстрируют кардинальный прогресс в компьютерной химии, добавляя, что предсказание новых молекул, в особенности – тех, которые демонстрируют необычный способ межмолекулярных взаимодействий, всегда считалось «Святым Граалем» компьютерной химии.
Имитируя знаменитые математические узоры, известные как мозаика Пенроуза, Дмитрий Лайков (Dimitri Laikov) из Московского государственного университета, разработал два комплементарных молекулярных элемента мозаики и провел компьютерное моделирование их супрамолекулярных взаимодействий. Компьютерная модель самосборки таких систем демонстрирует, что для нее характерна асимметрия и пятилучевая симметрия, характерная для квазикристаллов – супрамолекулярный комплекс с таким строением и такими свойствами моделируется впервые.
Квазикристаллы были впервые открыты в 1980-х годах, однако прошло немалое время до признания возможности существования таких структур – многим казалось, что они существенно нарушают обычные правила кристаллографии. В отличие от обычных кристаллов, обладавших трансляционной симметрией и осями вращения второго, третьего, четвертого или шестого порядка, в квазикристаллах проявляется пяти- или десятилучевая симметрия, и не наблюдается симметрии трансляционной.
К настоящему времени уже обнаружены сотни материалов, формирующих квазикристаллические фазы, однако в отличие от обычных кристаллов, которые могут быть образованы любым веществом от соли до белка, практически все известные квазикристаллы представляют собой трехкомпонентные металлические сплавы, как, например, икозохедрит – Al63Cu24Fe13. Это обстоятельство позволяет предположить, что существует гораздо большее количество еще не открытых квазикристаллов, образуемых более сложными веществами.
Лайков разработал два компонента, имитирующие толстые и тонкие «ромбы», комбинация которых дает мозаику Пенроуза, моделируя такие соединения он разместил в их структуре группы, способные образовывать водородные связи, таким образом, чтобы в результате их взаимодействия формировался квазикристалл. По словам самого Лайкова, подбор пары молекул, удовлетворяющих всем условиям, необходимым для формирования квазикристаллической фазы, представлял собой отнюдь не тривиальное задание.
Рассуждая о возможности практического применения результатов исследования, Лайков отмечает, что молекулярные квазикристаллы могут обладать уникальными свойствами, поскольку их иерархическая структура вполне в состоянии обеспечить материалу необычные оптические, механические, электромеханические и термические характеристики. Он добавляет, что, даже если случится так, что если такие материалы и нельзя будет использовать непосредственно, их эстетика мотивирует новые поколения химиков на создание еще более интересных по строению и свойствам молекулярных материалов.
Оценивая работу Лайкова, Георг Шрекенбах (Georg Schreckenbach) из Университета Манитобы (Канада) заявляет, что результаты компьютерного моделирования, проделанного Лайковым, лишний раз демонстрируют кардинальный прогресс в компьютерной химии, добавляя, что предсказание новых молекул, в особенности – тех, которые демонстрируют необычный способ межмолекулярных взаимодействий, всегда считалось «Святым Граалем» компьютерной химии.
| Источник: | Собственная информация |
| Учетная запись: | himsite.ru |
| Дата: | 24.04.14 |
