Năm 1982, Dan Shechtman, nhà hóa học Israel, từng băn khoăn bởi chính phát hiện của ông về một loại vật chất, trong đó các nguyên tử được sắp xếp dường trật tự – rất giống tinh thể – nhưng cấu trúc nguyên tử của chúng lại không có sự tuần hoàn, làm cho nó không là tinh thể. Các nhà nghiên cứu đã rất ngạc nhiên trước phát hiện này. Denis Gratias, một nhà nghiên cứu của phòng thí nghiệm LEM1 tại Châtillon cho biết rằng: “Trước đó, chất rắn được chia ra thành 2 loại riêng biệt là chất rắn vô định hình và tinh thể, chúng lập nên một phần không gian tuần hoàn từ một mô hình lặp lại vô hạn”. Ông cũng cho biết thêm: “Shechtman chính là người đầu tiên vô tình quan sát thấy giả tinh thể”. Shechtman đã nhận được giải Noben Hóa học năm 2011 cho phát hiện này.
Thực tế nghiên cứu trước đây
Vào thời điểm đó, không có ứng dụng mang tính cách mạng nào của giả tinh thể được đưa ra, nhưng các nhà nghiên cứu đã làm sáng tỏ được một số đặc tính đáng chú ý của giả tinh thể: dù chúng là hợp kim kim loại, nhưng điện trở suất lại cao gấp 1 triệu lần so với kim loại tiêu chuẩn, và chúng biểu hiện các đặc tính chống bám dính đặc biệt. Do đó, trong những năm 1990, đã có ý tưởng sử dụng giả tinh thể như là các lớp phủ chống dính. Nhưng Gratias lại chỉ ra rằng: “Cho đến tận bây giờ, điểm thú vị của giả tinh thể vẫn chỉ là trong nghiên cứu cơ bản”. Để nghiên cứu những đặc tính điện tử của chúng, người ta đã phải thẩm định lại một số khái niệm và phát minh ra những công cụ lý thuyết mới. Giả tinh thể mang lại rất nhiều cảm hứng cho các nhà toán học, đặc biệt là tối ưu hóa hình ảnh trong quá trình nén dữ liệu điện tử.
 |
| Quan sát giả tinh thể qua kính hiển vi điện tử |
Sự đóng góp của các nhà khoa học Pháp
Các nhà khoa học Pháp đóng một vai trò quan trọng trong các nghiên cứu về giả tinh thể kể từ khi cấu trúc này được phát hiện. Năm 1984, Gratias đã đóng góp vào công trình khoa học đầu tiên chỉ ra rằng những hình ảnh của Shechtman tương thích với các định luật toán học (tính hầu tuần hoàn), do đó giúp các nhà hóa học Israel thuyết phục cộng đồng khoa học quốc tế. Thực ra, giả tinh thể từng được biết đến bởi các nhà toán học nhưng ở một dạng khác. Quay trở lại năm 1972, Yves Meyer, một nhà khoa học Pháp làm việc tại CMLA2, đã đưa ra các tập hợp điều hòa, những đối tượng toán học đầu tiên biểu diễn giả tinh thể. Một số lượng đáng kể các nghiên cứu về đề tài này được thực hiện tại Pháp và đánh dấu thời kỳ hoàng kim của giả tinh thể vào giữa những năm 1990. Trong thời gian đó, cộng đồng toán học phát triển mạnh mẽ và các nhà thực nghiệm Pháp đã làm chủ được tất cả các khía cạnh của sự tổng hợp và phân tích những vật chất mới đó. Gratias nhớ lại: “Năm 1985, Michel Fayard, người đứng đầu phân ban hóa học tại CNRS đã thành lập một nhóm nghiên cứu liên ngành và khởi xướng nhiều hợp tác quốc tế về đề tài này”.
Con đường phía trước
Hiện tại, giả tinh thể vẫn đang đặt ra những câu hỏi cơ bản, chẳng hạn các cấu trúc này đòi hỏi khái niệm đối xứng phải được phát biểu lại. Ngoài ra, mặc dù hai mẫu như nhau của một tinh thể hoàn hảo có thể được xếp chồng lên nhau, thậm chí khi đổi hướng một trong chúng, nhưng đối với giả tinh thể thì vấn đề này vẫn còn rất phức tạp. Đó là một trong nhiều đặc tính làm cho giả tinh thể trở thành nguồn bất tận của những câu hỏi chưa có lời giải đáp.
01. Laboratoire d’étude des microstructures (CNRS / Onera).
02. Centre de mathématiques et de leurs applications (CNRS / ENS Cachan).
Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info
Nguồn: Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam (Theo CNRS)
