物理：准晶，逮到你了！
编辑 Chia-Chen Chang 报导
准晶(quasicrystal)是一种奇特的固体，它的原子结构相当规则但却不像晶体(crystal)那么规律。最近日本的研究人员首次透过电子显微镜观察到准晶特有的原子运动模式，为‘准晶为什么可以存在’这个问题提供了解答的方向。
‘单胞’(unit cell)是晶体结构最小的重复单位，虽然局部来看准晶的结构也有一定的规则与某些规律，但是准晶却不存在这种可以填满整个空间的最小单位。此外准晶也具有一般晶体没有的旋转对称性，如五边形的对称性等等。一个准晶结构最好的例子是：Penrose 瓷砖(Penrose tilings)，它以两种菱形瓷砖为基础，透过一些复杂的组合填满整个空间。准晶有一种特殊的原子运动模式称为 phason，由 Penrose 瓷砖的例子我们知道准晶至少是由几种基本结构的组合以填满整个原子空间。由于这个特性，准晶内的原子振动可使得这几种基本结构之间来回变换而不会破坏准晶的整体构造(注一)。日前东京大学枝川圭一(Keiichi Edagawa)的研究小组成功的透过电子显微镜捕捉到这个特殊的振动。以往的实验只能看到 phason 运动的静态影像，枝川的小组则将将铝、铜、钴的合金加热到 1123 K 后，利用高解析度穿透式电子显微镜(HRTEM)录制 phason 的振动影像。枝川表示：‘在高温的环境下拍摄高解析度 TEM 影像并不容易’，但是从他们录制的影像可以清楚的看见原子的振动让数种结构之间来回变化，与理论描述的 phason 运动吻合。
直觉上物理学家认为准晶的结构应该是非常不稳定的，但是物理学家对于为什么它们可以存在却是了解不多。而 phason 的行为是目前关于准晶理论研究中相当重要的环节，只有在对其动力学行为有更深入的了解之后，科学家才有机会进一步解开准晶之谜。
原始论文：
High Resolution Transmission Electron Microscopy Observation of Thermally Fluctuating Phasons in Decagonal Al-Cu-Co,
Keiichi Edagawa, Kunio Suzuki, and Shin Takeuchi, Phys. Rev. Letts. 85, 1674 (2000).
注一：假设准晶是由两种四边形的组合形成的平面结构，如果构成准晶的某种原子如果在 A 位置与附近的原子一起形成一种四边形对称，在 B 位置则一起形成另一种四边形对称，原子在 A、B 之间震荡的话就会让这附近的晶格在两种四边形结构之间来回变化。
参考来源：
Quasicrystal Caught in the Ac, Pthysical Review Focus 6, story 6, 15 August 2000
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非常精彩的准晶介绍，适合初入门者：Quasicrystals
关于 Penrose tilings 可以参考：Make your own tilings with QuasiTiler
另一个关于 tilings 的站：de Bruijn tilings
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