शोधकर्ताओं ने "असंभव" क्रिस्टल को उजागर किया

क्यों पांच गुना समरूपता वाले अणु खुद को दो आयामी क्रिस्टल के रूप में व्यवस्थित करते हैं

पांच गुना समरूपता: रसायन विज्ञान और प्रकृति से उदाहरण। न केवल "बकीबोएल" अणुओं को खोजने के लिए - एक ओक्रोशोट के क्रॉस सेक्शन से भी पांच गुना समरूपता का पता चलता है। © Empa
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पांच गुना समरूपता अणु खुद को सतह पर दो आयामी क्रिस्टल के रूप में व्यवस्थित करते हैं - हालांकि सैद्धांतिक रूप से यह संभव नहीं होना चाहिए। इस "असंभव" व्यवहार की बेहतर समझ के लिए एक दृष्टिकोण अब स्विस शोधकर्ताओं द्वारा प्रदान किया गया है, जिसमें सुरंगनुमा सूक्ष्मदर्शी स्कैनिंग के साथ इस क्रिस्टलीकरण की जटिल प्रक्रियाओं का पालन किया गया है।

क्रिस्टलोग्राफी में पांच गुना समरूपता को असंभव माना जाता है - एक ही कारण के लिए कि कोई पेंटागोनल टाइलें नहीं हैं: एक पंचकोणीय टाइल एक मंजिल को मूल रूप से टाइल होने की अनुमति नहीं देती है। जब तक कि अन्य ज्यामितीय आकृतियों को एक विमान में नहीं जोड़ा जाता है। यह सिद्धांत 15 वीं शताब्दी में पहले से ही मस्जिद बिल्डरों द्वारा उपयोग किया गया था।

जटिल सजावटी संरचनाएं

20 वीं शताब्दी के गणितज्ञों द्वारा जटिल सजावटी संरचनाओं को फिर से खोजा गया था। रोजर पेनरोज़ ने उनके नाम पर पेनरोज़ पेर्केट नाम से प्रस्तुत किया - एक ऐसा पैटर्न जिसमें केवल दो ज्यामितीय आकृतियों के सरल नियम शामिल हैं और यह आवधिक है। केमिस्ट के साथ भी ऐसी ही समस्या है।

पांच गुना समरूपता के अणु पूरी तरह से रिक्त स्थान के बिना एक विमान को कवर नहीं कर सकते हैं। फिर भी, वे हैं - अन्य अणुओं की तरह - क्रिस्टल या सतह पर एक घने व्यवस्था को प्राप्त करने के लिए प्रयास करते हैं। लेकिन आप ऐसा कैसे करते हैं?

कोरनुलीन पेंटामेथाइल डेरिवेटिव की व्यवस्था का उदाहरण: काले परमाणु नियमित हेक्सागोनल सममित जाली को दिखाते हैं, जिसके लिए पांच-अक्ष-सममितीय अणु "पतन" होते हैं। © Empa

कॉर्नीलेन - "बकीबॉल" के कप के आकार के टुकड़े

इस प्रश्न की जांच इम्पा और ज़्यूरिख विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं द्वारा तथाकथित कोरानुलिन अणुओं पर की गई थी। पंचकोणीय समरूपता वाले इन अणुओं में एक गुंबददार आकार होता है - एक कटोरे की तरह - और हिरन का सींग का एक टुकड़ा माना जाता है, जो कि फुलकेन है। इसलिए उन्हें "बकीबोल्स" भी कहा जाता है। कोरानुलिन अणुओं के कार्बन परमाणुओं को एक केंद्रीय जलसेक के चारों ओर पांच षटकोणों में व्यवस्थित किया जाता है। प्रदर्शन

कोरनोलेन और इसके डेरिवेटिव को विशेष रूप से फोटोवोल्टिक और इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए नई सामग्री प्रणालियों के विकास में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की उम्मीद है।

यह देखने के लिए कि पांच-गुना समरूपता वाले अणु धातु की सतहों पर खुद को दो-आयामी क्रिस्टल में व्यवस्थित करते हैं, एम्पा शोधकर्ताओं ने स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप का उपयोग किया। उन्हें उम्मीद थी कि वे या तो एक अनियमित संरचना का निरीक्षण करेंगे या अणु एक परिपूर्ण सरणी का निर्माण करेंगे, लेकिन एक क्रिस्टल जाली समरूपता के साथ पांच की संख्या से अलग होगी। वास्तव में, अणु सतह पर संभव घनत्व तक पहुँचने के लिए "चुग गए", और पांच गुना समरूपता से दूर झुके।

लगभग नियमित क्रिस्टल लैटिस

इसलिए, एक अन्य प्रयोग में, वैज्ञानिकों ने भारी पक्ष समूहों के साथ अणुओं का उपयोग किया, जो पलटने से रोकते थे और पांच गुना समरूपता लागू करते थे। फिर भी, इन अणुओं ने एक तंग पैकिंग का गठन किया।

उनके दो-आयामी क्रिस्टल में, अणुओं को एक षट्कोणीय जाली पर व्यवस्थित किया जाता है - इस प्रकार एक षट्भुज समरूपता का निर्माण होता है - लेकिन सिक्सफोल्ड समरूपता वाले अणुओं के विपरीत, अलग-अलग कोरानुलीन अणु में भिन्न होते हैं उनकी आपसी व्यवस्था।

क्रिस्टल निर्माण की बुनियादी प्रक्रियाओं में अंतर्दृष्टि

यह खोज, हाल ही में अमेरिकन केमिकल सोसायटी के जर्नल में प्रकाशित हुई, गणितीय सिमुलेशन के साथ-साथ पेंटागोनल स्टायरोफोम और एल्यूमीनियम डिस्क का उपयोग करके सरल यांत्रिक मॉडलिंग से पता चला था। एयर कुशन या हिलती हुई मेज की भविष्यवाणी की।

समरूपता को कम करने की प्रक्रिया, अणु नियमित पैकिंग के लिए कैसे आते हैं, और वे पांच गुना समरूपता से कैसे विचलित होते हैं, बुनियादी क्रिस्टल निर्माण प्रक्रियाओं में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है। स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके, शोधकर्ता आणविक स्तर पर इन जटिल प्रक्रियाओं का पालन कर सकते हैं। वे विभिन्न पहलुओं में मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं कि कैसे अणुओं को सतहों पर बसाया जा सकता है, उदाहरण के लिए, भौतिक प्रणाली नए गुणों को कैसे बता सकती है।

(आईडीडब्ल्यू - एम्पा - स्विस मटेरियल टेस्टिंग एंड रिसर्च इंस्टीट्यूट, 18.05.2009 - डीएलओ)