Cấu trúc “giả tinh thể” giành Nobel Hóa học

Giáo sư Hóa Daniel Shechtman của Viện Công nghệ Haifa, Israel sẽ giành được giải thưởng 1,5 triệu USD danh giá do đã phát hiện ra cấu trúc “giả tinh thể” của nguyên tử.
Giả tinh thể, hay Quasicrystal, là một dạng cấu trúc có trật tự nhưng không mang tính tuần hoàn. Trong giả tinh thể, chúng ta sẽ thấy sự tái hiện của loại gạch Mosaic thú vị của người Ả-rập ở cấp độ nguyên tử: Đó là những mô hình có quy luật nhưng không bao giờ tự lặp lại. Tuy nhiên, cho tới trước phát hiện của Daniel Schechtman, giới khoa học vẫn tin rằng cấu trúc giả tinh thể là không khả thi ngoài đời thực.

Sáng 8/4/1982, một hình ảnh trái với quy luật tự nhiên đã xuất hiện trên kính hiển vi điện tử của Schechtman. Trong tất cả các vật chất thể rắn, người ta tin rằng nguyên tử nằm san sát bên trong các tinh thể theo những cấu trúc đối xứng và được lặp lại một cách có chu kỳ. Đối với giới khoa học, muốn đạt được cấu trúc tinh thể thì nhất thiết phải có yếu tố lặp lại.
Tuy nhiên, hình ảnh của Shechtman đã cho thấy, các nguyên tử trong mô hình tinh thể của ông được sắp xếp theo một khuôn mẫu không thể tái lặp. Mô hình kiểu này vốn bị cho là không thể tồn tại, cũng giống như tạo ra một quả bóng đá chỉ dựa trên đa giác 6 cạnh vậy. Phát hiện của ông ngay lập tức châm ngòi cho một cuộc tranh cãi quyết liệt. Đã có lúc ông bị chính nhóm nghiên cứu của mình khai trừ, tuy nhiên cuối cùng, cuộc đấu tranh không mệt mỏi của Schechtman đã buộc giới khoa học phải xem lại quan điểm của họ về bản chất của vật chất.
Loại gạch mosaics tìm thấy trong các thánh điện Hồi giáo từ thời trung cổ tại Tây Ban Nha hay Điện thờ Darb-i Imam ở Iran đã giúp các nhà khoa học hiểu được giả tinh thế sẽ trông như thế nào ở cấp độ nguyên tử. Các hoa văn trên hàng gạch đều có quy luật – mà cụ thể ở đây là tuân theo quy tắc toán học, nhưng chúng không bao giờ lặp lại.
Khi các nhà khoa học mô tả về giả tinh thể của Shechtman, họ sẽ sử dụng một khái niệm được vay mượn từ toán học và nghệ thuật: tỷ lệ vàng. Số đo vàng đã thu hút được sự quan tâm của các nhà toán học Hy Lạp cổ đại bởi nó thường xuyên xuất hiện trong hình học. Còn trong giả tinh thể, tỷ lệ khoảng cách giữa các nguyên tử luôn liên quan đến yếu tố “vàng”.
Sau phát hiện của Shechtman, giới khoa học đã tạo thành công nhiều dạng giả tinh thể khác trong phòng thí nghiệm, cũng như tìm thấy giả tinh thể tự nhiên ở mẫu nước khoáng của một con sông ở Nga. Một hãng hóa học Thụy Điển cũng tìm thấy giả tinh thể trong một loại thép, nơi cấu trúc tinh thể giúp gia cố cho vật chất giống như áo giáp . Hiện tại, các nhà khoa học đang thử nghiệm việc sử dụng giả tinh thể trong những sản phẩm khác nhau như chảo rán chống dính và động cơ diesel.
Ông Daniel Shechtman sinh năm 1941 tại Tel Aviv, Israel và lấy bằng Tiến sĩ tại Viện Công nghệ Haifa Israel vào năm 1972. Ông hiện là Giáo sư Danh dự của Viện này.
Trọng Cầm