(转)2011年诺贝尔化学奖——非常有趣的准晶(interesting quasicrystal)
准晶简述——2011年度诺贝尔化学奖
准晶简述——2011年度诺贝尔化学奖孙俊良【摘要】2011年诺贝尔化学奖颁发给了以色列科学家DanShechtman，以表彰他在准晶发现上的突出贡献。
本文简单介绍准晶发现的重要意义及其结构的描述方式。
【期刊名称】《大学化学》【年(卷),期】2012(027)002【总页数】4页(P6-9)【关键词】诺贝尔化学奖;准晶体;结构【作者】孙俊良【作者单位】北京大学化学与分子工程学院,北京100871【正文语种】中文【中图分类】O753.3瑰丽多彩的具有规则外形的晶体一直是人们乐于收集和欣赏的对象，如各种宝石，钻石等(图1)。
为了了解这些晶体的内在本质，人们在17世纪就开始了晶体学方面的研究，但早期的晶体学局限于几何外形和一些假说上。
随着1912年X射线晶体学的诞生，晶体学得到了迅速发展，并连续获得了诺贝尔奖(如Max von Laue，1914年诺贝尔物理学奖；William Henry Bragg和William Lawrence Bragg，1915年诺贝尔物理学奖)。
其后晶体学被应用到各种物理学、化学和生物学领域，逐渐发展成为一种非常完备、无可辩驳的描述物质结构的方法。
传统的晶体学理论遇到的唯一也是最大的挑战就是Dan Shechtman在1982年发现的Al-Mn合金急冷相中准晶[1]。
准晶所具有的5次对称性(图1)从根本上改变了人们对晶体的看法，晶体的定义也因此被改写。
图1 普通的具有三维平移对称性的晶体(绿宝石Be3Al2(SiO3)6)和十二面体准晶单晶(ZnMgY体系)的照片1 准晶的发现在准晶发现之前，为了区别于非晶，晶体的一般要求是该固体具有规则外形，而其内部结构中的原子、离子或分子在空间排列成具有三维周期性的格子。
根据这个定义，传统的晶体学理论在19世纪就已基本发展完善，它包括7个晶系，14种Bravais格子，32种晶体学点群以及由此得到的230个空间群[2]。
这一理论在20世纪初被X射线晶体学所“证实”。
11~13诺贝尔生理学或医学奖、化学奖总结
2011年诺贝尔生理学或医学奖：其中一半的奖金归于美国人布鲁斯〃博伊特勒（Bruce A. Beutler）和法国人朱尔斯〃霍夫曼（Jules A. Hoffmann），获奖理由是“先天免疫激活方面的发现”；另一半奖金归于拉尔夫〃斯坦曼（Ralph M. Steinman），获奖理由是“发现树突状细胞及其在获得性免疫中的作用”。
2011年诺贝尔化学奖：以色列科学家达尼埃尔〃谢赫特曼（Daniel Shechtman）发现准晶体。
2012年诺贝尔生理学或医学奖：日本科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka)与英国科学家约翰-格登(John Gurdon) 获得2012年诺贝尔生理学或医学奖。
获奖理由为“发现成熟细胞可被重编程变为多能性”。
所谓细胞核重编程即将成年体细胞重新诱导回早期干细胞状态，以用于形成各种类型的细胞，应用于临床医学。
2012年诺贝尔化学奖：由于在“G蛋白偶联受体”方面所作出的突破性贡献，今年的化学奖项授予美国科学家罗伯特〃洛夫科维茨(Robert J. Lefkowitz)以及布莱恩〃克比尔卡(Brian K. Kobilka)。
2013年诺贝尔生理学或医学奖：授予两名美国科学家詹姆斯-E.罗斯曼（James E. Rothman）、兰迪-W.谢克曼（Randy W. Schekman）和德国科学家托马斯-C.苏德霍夫（Thomas C. Südhof），以表彰他们发现细胞内部囊泡运输调控机制。
Randy Schekman发现了一系列与细胞囊泡输运机制有关的基因。
James Rothman 则发现了让这些囊泡得以与其目标相融合的蛋白质机制，从而可以实现对所运“货物”的传递。
Thomas Südhof则揭示了信号是如何实现对囊泡的控制，使其得以精确分配其所载“货物”。
在这项发现过程中，三位科学家：Rothman, Schekman和Südhof揭示了细胞内输运体系的精细结构和控制机制。
黄金分割比例的晶体(2011年诺贝尔化学奖介绍)
檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾殧殧殧殧获奖介绍黄金分割比例的晶体———2011年诺贝尔化学奖介绍编者的话10月5日，瑞典皇家科学院宣布，2011年诺贝尔化学奖授予以色列科学家达尼埃尔·谢赫特曼（也有报道译成丹尼尔·舍特曼），以表彰他对准晶的发现所作出的杰出贡献。
本刊编辑部特约请专人把瑞典皇家科学院网站上发表的介绍该项成果的公共资讯译成中文。
同时，为使大家对涉及的术语有进一步的了解，还译出了以色列特拉维夫大学物理与天文学院利夫希茨（R Lifshitz ）撰写的介绍准晶的文章。
现一并刊登于此，以飨读者。
达尼埃尔·谢赫特曼（Daniel Shechtman ）以色列人，1941年生于特拉维夫。
1972年于以色列海法的Technion －以色列理工学院获得博士学位。
现为该学院的杰出教授和菲利普·托拜厄斯（Philip Tabias ）讲座首席教授。
当谢赫特曼把他的发现（这个发现使他获得了2011年诺贝尔化学奖）记录在他的实验记录本中时，他在其傍边画下了3个问号。
像足球不可能光由有六个角的多边形所构成一样，在他面前的晶体中的原子也产生了一个禁阻的对称性。
此后，科学家们借助于具有错综复杂图案的镶嵌物（mosaics ）和数学与艺术上的黄金分割比例解释了谢赫特曼的这个令人困惑的观察。
1982年4月8日上午，谢赫特曼用电子显微镜观察铝锰混合物，想从原子水平上来研究它。
然而，他观察到了一个令人惊奇的、完全违反逻辑的图像：以一个个圆点为中心，周围有彼此距离相同的10个亮点形成了一个圆（图1）。
他用希伯来语对自己说：“Eyn chaya kazo ”（大概意思是这是啥玩意？）。
他把正在生长的熔融金属迅速冷却，温度的突然变化本应使原子变得完全无序。
然而，他所看到的图像却给出了完全不同的故事：原子以一种反自然法则的方式进行了重排。
谢赫特曼反复点了亮点的数目。
在圆中有4或6个点是可能的，但绝不应该是10个点。
2011年诺贝尔化学奖---准晶体的发现和研究
----达尼埃尔· 谢赫特曼（Danielle.Shechtman ）
① 达尼埃尔·谢赫特曼 （个人履历）
1941年，出生于以色列的特拉维夫，以色列人。理论 物理学家，现为以色列工学院工程材料系教授。
1972年，从位于以色列海法的以色列工学院获得博士 学位，随后在美国俄亥俄州赖特－帕特森空军基地航空 航天研究实验室从事了3年钛铝化合物研究。 1975年，谢赫特曼进入以色列工学院材料工程系工作。 1981年至1983年，谢赫特曼利用假期赴美国约翰 斯·霍普金斯大学从事合金研究并在此期间发现准晶体。
③ 达尼埃尔·谢赫特曼的科研态度
谢赫特曼说： “必须成为某个领域的 专家，这是第一位的。 当发现某个新事物的时 候，首先要确定它确实 是新事物，然后再试着 解释所看到的。如果相 信自己的话，就可以听 取他人的意见，但不要 被他们误导，不要放弃。 对我来说，我知道我是 对的。”
④ 成功的历程
谢赫特曼的发现在当时引起极大争议。因执意 坚持自己的观点，曾被要求离开他的研究小组。 “我被赶出了自己所在的研究团队，同事们说 我的研究让他们蒙羞。”谢赫特曼回忆说，“对 此，我并不在意，我深信自己是对的，他们是错 的。” 美国化学协会主席纳西· 杰克逊采访时表示： “因为他们认为这违反了自然‘规则’。” “他（鲍林）公开说：达尼埃尔· 谢赫特曼在胡 言乱语，根本没有什么准晶体，只有‘准科学 家’。”谢赫特曼回忆说。
2011年10月5日，获得诺贝尔化学奖，一人独享1000万瑞典 克朗（约合146万美元）奖金。 自1986年起，谢赫特曼已获 来自物理、化学等领域共计10余个奖项。
② 达尼埃尔·谢赫特曼的成就贡献
谢赫特曼发现了准晶体，这种材料具有的奇特 结构，推翻了晶体学已建立的概念。从根本上改 变了化学家们看待固体物质的方式。
诺贝尔化学奖教学资源(2023年中考题原创：准晶体的发现、性质及其科学价值-)
选择题下列科技成果不属于化学成就的是（）A.以色列科学家达尼埃尔•谢赫特曼发现抗氧化性强的准晶体B.科学家用单个分子制成了“纳米车”，它能在人工操纵下运输药物分子到病源处释放以杀死癌细胞C.厦门纳润公司用高分子材料生产的“隐形手套”，可保护人手不被浓硫酸腐蚀D.美国科学家约翰等发现“宇宙微波背景辐射的黑体形式”，获得诺贝尔奖【答案】D【解析】A. 色列科学家达尼埃尔•谢赫特曼发现抗氧化性强的准晶体，属于化学成就，不符合题意；B. 科学家用单个分子制成了“纳米车”，它能在人工操纵下运输药物分子到病源处释放以杀死癌细胞，属于化学成就，不符合题意；C. 厦门纳润公司用高分子材料生产的“隐形手套”，可保护人手不被浓硫酸腐蚀，属于化学成就，不符合题意；D. 美国科学家约翰等发现“宇宙微波背景辐射的黑体形式”，属于物理成就，符合题意。
故选：D。
选择题2011年诺贝尔化学奖被授予以色列科学家丹尼尔•谢赫曼，以表彰他在发现准晶体方面所作出的突出贡献．准晶体可能具有下列性质，其中属于化学性质的是（）A．密度低B．耐磨损C．导电性差D．抗氧化性强【答案】D【解析】A、密度低，描述的是密度，不需要通过化学变化就能表现出来，属于物理性质，故选项错误．B、耐磨损，不需要通过化学变化就能表现出来，属于物理性质，故选项错误．C、导电性差，描述的是导电性，不需要通过化学变化就能表现出来，属于物理性质，故选项错误．D、抗氧化性强，需要通过化学反应才能表现出来，属于化学性质，故选项正确．故选D．选择题准晶体是一种介于晶体与非晶体之间的一种具备晶格周期性，却又显现长程有序性的固体材料，已被应用到材料学、生物学等多种领域。
在Al—Mn合金中首次发现“准晶体”，Al—Mn合金属于（）A.金属材料B.合成材料C.天然材料D.高分子材料【答案】A【解析】Al—Mn合金由金属铝、锰组成，属于金属材料。
故选：A。
选择题以色列科学家因发现准晶体独享2011年诺贝尔化学奖。
准晶体的发现与应用
准晶体的发现与应用周宸材料科学与工程2009051005 2011-12-132011年的诺贝尔化学奖公布之后，科学界“天本地裂”。
来自以色列的科学家丹尼尔·舍特曼因发现准晶体而获奖。
准晶体颠覆了常年来的权威，打破了晶体学固有的格局。
所以，我对准晶体很感兴趣，于是查找了许多文献资料。
准晶体的定义是，物质的构成由其原子排列特点而定。
原子呈周期性排列的固体物质叫做晶体，原子呈无序排列的叫做非晶体，准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。
准晶具有完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。
1982年，海法市以色列理工学院的丹尼尔•谢赫特曼（Daniel Shechtman）发现，一种铝锰合金好像具有五重对称性，也就是说，当其中的原子形成的图案旋转五分之一周（72度）时，图案看起来基本上是相同的。
其他研究人员都嘲笑该发现，因为当时这种排列被认为在数学上是不可能做到的。
然而，科学家们最终认识到，通过自身的排列，图案达到几乎重复但永远也不能重复时，固体中的原子可以得到这样的对称，变成“准晶体”。
先来讲一下为什么准晶体一直不被认为存在。
就像孩子们的简单游戏所证明的那样，该解释对晶体可能拥有的对称性提出了限制。
假如你想通过排列一模一样的瓷砖来铺盖桌面，利用重复的三角形瓷砖可以完成这项含有技巧的任务，所以有可能制造出具有三重对称性的晶体；利用四边形和六边形瓷砖也可以完成这项任务，因此也可以制造出四重和六重对称性的晶体。
但是，利用五边形瓷砖无法完成这项任务，因为瓷砖之间总会有空隙。
于是，不可能存在具有可重复排列的五重对称性晶体。
因此，准晶体难以存在。
但是，科学家可以这样做。
1982年4月8日上午，在马里兰州盖瑟斯堡市国家标准与技术研究院工作期间，谢赫特曼取了铝锰合金样品，为了防止结晶，他事先将样品速冻，并向其中发射了电子束。
如果这种材料中存在有序排列的原子，电子就会通过原子的表面衍射出来，并且以特定的角度显现出探测器可以辨认的图案。
围观科学的严肃与幽默——详述2011年诺贝尔与搞笑诺贝尔奖
实验 发现 ， 着 喝水量 的增 加 不 上大 雅 之 堂 ，但 是结 果 却 很 实 随
然研 究 内容 匪 夷 所 思 ， 是 和 憋尿 时间 的延长 ， 意和 痛感 也 用 。 少交 通管理 部 门应该 重视起 但 尿 至 程却 不含糊 。 个 实验过 程 在 增 长 。 整 当人 进 入“ 度 的尿 意 ” 极 ， 来 ，在 高速路 旁 多设立 一些 厕所 ，
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2011年诺贝尔化学奖
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2011诺贝尔奖介绍与评述
2011年诺贝尔奖介绍与评述诺贝尔生理学或医学奖2011年度诺贝尔生理学或医学奖由三人分享：布鲁斯·巴特勒（Bruce A. Beutler）、朱尔斯·霍夫曼（Jules A. Hoffmann），表彰他们在先天免疫方面的发现；拉尔夫·斯坦曼（Ralph M. Steinman），表彰他对获得性免疫中树突细胞及其功能的发现。
获奖者简介：布鲁斯·巴特勒（Bruce A. Beutler）于1957年出生于美国芝加哥。
他于1981年在芝加哥大学获得医学博士学位（MD），之后在纽约的洛克菲勒大学和达拉斯的德克萨斯大学从事科学工作，并发现了LPS（细菌脂多糖）受体。
从2000年开始，他成为美国La Jolla市斯科利普斯研究院（The Scripps Research Institute）的遗传与免疫学教授。
朱尔斯·霍夫曼（Jules A. Hoffmann）于1941年生于卢森堡Echternach。
他在法国斯特拉斯堡大学学习，并于1969年获得博士学位。
在德国马尔堡大学从事博士后工作之后，他回到斯特拉斯堡，从1974年到2009年间担任一个研究实验室的负责人。
他还担任过斯特拉斯堡分子细胞生物学研究所的主任，并在2007-2008年间担任法国科学院院长。
拉尔夫·斯坦曼（Ralph M. Steinman）【已故】于1943年出生于加拿大蒙特利尔，后在麦吉尔大学学习生物学和化学。
之后，他在美国波士顿的哈佛医学院学习医学，并于1968年获得医学博士学位（MD）。
他于1970年被纽约洛克菲勒大学接纳，从1988年起成为免疫学教授。
他同时也是该校免疫学与免疫性疾病中心主任。
拉尔夫·斯坦曼教授已于2011年9月30日去世，享年68岁。
获奖原因：今年的诺贝尔奖得主发现了激活免疫系统的法则，改变了我们对于免疫系统的认识。
科学家们长久以来，一直在寻找免疫应答的“守门人”。
20011诺贝尔化学奖简述
2011年诺贝尔化学奖简述**（**学院，省市，邮编）摘要：瑞典皇家科学院于2011年10月5日宜布, 以色列科学家达尼埃尔·舍特曼因发现准晶体独享2011年诺贝尔化学奖"。
准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的固体，具有完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。
准晶体的发现彻底改变了化学家们对固体物质的看法，导致了晶体学与凝聚态物质结构理论的一次革命，极大推动了相关学科的完善和发展。
本文将简述获奖者的经历和准晶体的发现、基本性质及发展现状，同时还会介绍中国科学家的研究成果。
关键词：诺贝尔化学奖；准晶体；研究；基本性质2011年诺贝尔化学奖10月5日在瑞典首都斯德哥尔摩揭晓，以色列科学家丹尼尔·舍特曼获得此一殊荣，独享了2011年诺贝尔化学奖奖金1000万瑞典克朗。
瑞典皇家科学院表示，舍特曼的贡献在于在1982年发现了准晶体。
诺贝尔化学奖评选委员会在发表的声明中说，从原子级别观察准晶体形态，会发现原子排列具有规律，符合数学法则，但不以重复形态出现。
获奖者的发现改变了科学家对固体物质结构的认识[1]。
准晶体是一种无平移周期性但有严格长程准周期位置序的独特晶体，被称为准周期晶体，即准晶。
它的出现极大挑战了经典晶体学的基本理论，对凝聚态物理产生了深远的影响。
同时，由于准晶体独特的结构和性能，它受到材料、物理、化学及数学等多个领域科学家的广泛关注，极大推动了相关科学的发展。
目前，准晶研究仍然是凝聚态物理领域的重要科学前沿。
事实上，科学界早就将准晶的发现［2］与C60“巴基球”（1985年［3］）及高温超导现象（1986年［4］）一起并列为20世纪80年代凝聚态科学领域的三大突破。
高温超导及C60“巴基球”的发现者也已凭借其杰出的开创性工作分别获得1987年度诺贝尔物理奖和1996年度诺贝尔化学奖。
如今，准晶体的发现者舍特曼教授最终在2011年度诺贝尔化学奖中登顶，实属实至名归。
准晶体的研究及其进展
六、总结
1、准晶是一种特殊结构的晶体，原子的排列没有周期性， 但是长程有序，因此在TEM和XRD中都表现出明锐的亮点 但是长程有序，因此在TEM和XRD中都表现出明锐的亮点 或者峰。很多人认为准晶是介于晶体和非晶的一种物质， 因此XRD的峰应该比较宽，这个想法是错的，高质量的准 因此XRD的峰应该比较宽，这个想法是错的，高质量的准 晶单晶的峰很窄，跟Silicon差不多。准晶单晶看起来也 晶单晶的峰很窄，跟Silicon差不多。准晶单晶看起来也 跟普通的晶体没有什么区别，断面跟silicon晶体的断面类 跟普通的晶体没有什么区别，断面跟silicon晶体的断面类 似，非常的亮。 2、准晶的结构非常复杂，很难通过常规的方法解析。准 晶没有周期性，所以没有晶胞的概念，从另一个角度也可 以说准晶的晶胞是无穷大的。 3、准晶有稳定的也有亚稳态的。
三、准晶的结构模型
3、三维准晶模型-三维彭罗斯拼砌模型 、三维准晶模型美国物理学家D.Levine等进一步研究了三维彭罗斯拼图 美国物理学家D.Levine等进一步研究了三维彭罗斯拼图 和它的衍射花样。
四、准晶体的性能及应用
（一）准晶的性能 1、密度：准晶的密度比经过退火后得到的相同成分晶态相的密度约 低2%。 2%。 2、导电性：电阻率高、负的温度系数（温度升高电阻率反而升高）、 样品质量越差电阻率越低、很强的各向异性。 3、导热性：低导热率、负温度系数，接近陶瓷的隔热性能，与普通 合金截然不同。 4、磁性能：至今没有发现准晶所独有的磁性能。 5、力学性能：室温下与普通金属化合物类似，硬而脆。准晶的硬度 与陶瓷相仿，远高于高强铝合金，而韧性较低，脆性较大，是陶瓷的 4倍。 6、摩擦性能：准晶薄膜具有较好的耐磨性。 7、表面抗氧化及不粘性。 8、储氢特性。 9、弥散强化特性。
2011 诺贝尔化学奖
Key words
• Quasicrystal • Daniel Shechtman
“与此前人们认为的原子在晶体内呈对称模 式分布的理论不同，舍特曼揭示出原子在 晶体内的堆积形态可以不重复。”这一发 现在当时极具争议，因执意坚持自己的观 点，舍特曼曾被要求离开他的研究小组。 然而，他的发现最终迫使科学家们重新审 视他们对物质本质的观念。
根据舍特曼的发现，科学家们随后创造了 其他种类的准晶体，并在俄罗斯一条河流 内的矿物样品中发现了自然生成的准晶体。 一家瑞典公司也在一种钢材中发现了准晶 体，晶体使得这一材料像盔甲般坚硬。目 前，科学家正在试验将准晶体应用于煎锅 和柴油发动机等多项产品中。
2011 诺贝尔化学奖
准晶体
以色列科学家丹尼尔· 舍特曼
准晶体的发现，是20世纪80年代晶体学研究中的 一次突破。 1984年底，D.Shechtman等人宣布，他们在急 冷凝固的Al Mn合金中发现了具有五重旋转对称 但并无平移周期性的合金相，在晶体学及相关的 学术界引起了很大的震动。不久，这种无平移同 期性但有位置序的晶体就被称为准晶体。
【2011诺贝尔化学奖解读】准晶：似晶非晶
【2011诺贝尔化学奖解读】准晶：似晶非晶庄小哥发表于2011-10-06 12:12:37故事还要从头说起。
人们早就发现，在自然界的晶体中，原子以重复的样式排列，不同的化合物也许会出现不同的排列方式，但都是简单的平移重复而已。
下面是几张来自晶体中的图案模型。
在图a中，我们可以看到每个原子被其他三个相同的原子包围，形成了一个单位样式，这称为三重对称，因为如果把其中之一沿着平面转过120度，将与另一个发生重叠。
而在四重对称（图b）中，转过90度后可得相同图形，在六重对称（图c）中，转过60度可得相同图形。
但无论如何，五重对称（图d）却不可能得到，因为其中原子间的距离长短不一，这个样式无法实现旋转对称，由此很容易就充分证明了在晶体中找不到五重对称，依此，七重对称或者更高重的对称都是找不到的。
所以，早期晶体学家们都根深蒂固地认为，五重或七重以上的对称不符合自然规律。
然而，1982年4月的那个早晨，以色列理工学院的Daniel Shechtman 却发现在他电子显微镜下面，一个衍射图案可以安然转过圆周的1/10（也就是36度）依旧得到原来样式，也就是说，发现了十重对称！很快，他又从铝锰合金中找到了五重对称的图案。
在那个时期，这项工作绝对是颠覆性的了，以至于相关论文1984年夏天被Journal of Applied Physics断然拒掉。
还好，Physical Review Letters没做同样的武断之事，随后就发表了他的文章。
Shechtman发现的固体形态被命名为准晶（quasicrystal），以示与传统晶体的区别，并被认为是介于晶体和非晶体之间的一种形态。
事实上，无独有偶，同一时期的数学家们已为他做好了理论铺垫，英国人彭罗斯（Roger Penrose）差不多同一时期便在前人工作基础上提出了一种以两种形状的拼图铺满平面的解决方案。
对于Shechtman的准晶体衍射图案和彭罗斯的镶嵌瓷砖来说，都有一个迷人的性质，就是在它们的形态中隐藏着美妙的数学常数τ，亦即黄金分割数1.618……。
2011年诺贝尔化学奖
2011年诺贝尔化学奖在固体物理中我们知道，晶体是在三维空间内，原子有规律的重复排列，具有周期性和平移对称性，它有固定的熔点，并且具有各向异性的特点。
而非晶体是在三维空间内不成周期性重复排列的固体，具有近程有序，并且外形不规则。
在晶体中，又有一种特殊的固体，叫孪晶，所谓孪晶就是在切应力的作用下，其一部分沿着某一晶向或者晶面发生位相的移动，结果使晶体的一部分与原晶体的位相处于相互对称的位置，也称为孪生或者双晶。
就传统而言，固体物质要么是晶体，要么是非晶体，但是，在1982年，以色列人丹尼尔·谢特曼在美国的一座实验室内研究铝锰合金的时候，发现了一种特殊的晶体，他借助显微镜获得衍射图发现它具有5次对称性，并且具有长程有序性，而依据那个时候的理论，晶体不可能具有5次对称性，而非晶体则没有长城有序性。
当谢特曼发现这种物质后，他告诉所有愿意听的人，他发现了一种具有5次对称性的材料，但是人们只是嘲笑他，而且，实验室主管走到他面前把一本书重重的帅到他面前说，你应该好好看看这本书，你所说的理论是不可能的。
但是，谢特曼并没有因为这些就停止对这个特殊材料的研究，一年后他回到以色列又继续与一个材料学家一起研究，并于1984年与美国的两位科学家一起合作发表了论文，描述出准晶体的具体方法。
但是，这篇论文仍旧没有打消一些知名科学家对准晶体理论的疑问，当时，颇有名气的美国化学家波林在一场新闻发布会上说：丹尼尔·谢特曼在胡说，没有准晶体这种东西，只有准科学家。
1987年，法国和日本科学家制出足够大的准晶体，可以用X射线和电子显微镜直接观察，至此，谢特曼的理论终于得到了科学界的认可。
目前，准晶体已经被我们应用到日常生活和生物学中，而且对于它的潜在研究还在进行当中。
今年的10月5日，当我们还在享受国庆假期的时候，谢特曼被授予了诺贝尔化学奖，以奖励他对准晶体发现的巨大贡献。
谢特曼在嘲笑中的坚持告诉我们一个很深刻的道理，在我们做一件事情的时候，要不管别人说什么，我们都要一如既往的坚持下去，因为在这个世界上，真理永远只有一个！。
准晶及准晶材料概览
下Fibonacci数列，同样具有自相似性。
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二维Pentaplexity
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是否具有“三维Penrose”拼图?
答案似乎是显然的，但并非二维 Penrose拼图在第三维上的简单拓展， 而是寻找一个全新的结构来填充整 个空间。
化学与分子工程学院准晶体及Leabharlann 晶体材料概览化学与分子工程学院
摘 要：准晶体翻开了晶体学新的一页，同时也在材料领
域开拓了新的研究方向。2011年诺贝尔化学奖授予以色列 科学家丹尼尔·谢赫特曼，以表彰他发现准晶体。可以说， 准晶体带来了材料化学、结构化学的革命；本报告通过对 准晶体的发现历史、结构、特性，应用等方面的讨论，增 加同学们对晶体学知识的了解，激发同学们对化学新兴领 域的兴趣。
• 数学上已经证明，具有平移性的晶体不存在5及6 以上旋转轴。
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数学家在准晶发现之前已经从理论上对准晶的存在给出了 预言。1974年 R.Penrose发现一种非周期可填满整个空 间的图形结构Pentaplexity
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Pentaplexity分形结构
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一些比较重要的准晶组成、结构。发现年代简表
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两个现在比较热门的 研究焦点
1.分子准晶 这一分子准晶是以具有十则对称的10,5-Coronene为核心的分 子为结构基元在Penrose tiling(由一胖一瘦两种菱形组成的准 对称构形)上“拼” 成。
2011年诺贝尔化学奖
2011年诺贝尔化学奖2011年的诺贝尔化学奖被授予了三位科学家，他们分别是以色列科学家丹尼·谢赫特曼(Daniel Shechtman)、美国科学家严琴博士(Martin Karplus)和美国科学家迈克尔·列维特(Michael Levitt)。
这个奖项的授予是为了表彰他们对固态物理化学的成就，特别是他们在发现准晶体方面的开创性贡献。
丹尼·谢赫特曼是以色列科技学院的教授，也是一位专注于固体物理化学研究的杰出科学家。
在20世纪80年代初，谢赫特曼在进行研究期间，发现了一种在晶体结构中具有非传统周期性的材料，这种材料被称为“准晶体”。
准晶体的最显著特征是它们的原子排列具有一种无法用传统周期性结构描述的规律性。
谢赫特曼的发现在当时引起了巨大的争议和质疑，但他坚持自己的观点并持续开展研究，最终证实了准晶体的存在。
严琴博士和迈克尔·列维特是两位在美国大学任教的科学家，他们对计算机模拟在化学中的应用做出了突出的贡献。
他们的工作使得科学家们能够利用计算机来模拟化学反应和分析分子结构，从而深入研究化学反应的机理和过程。
这项技术被广泛应用于药物研发、材料科学和环境科学等领域，为科学家们提供了一种更高效、更精确的研究方法。
丹尼·谢赫特曼、严琴博士和迈克尔·列维特的工作对于化学领域具有重大影响。
他们的成就不仅推动了固态物理化学的发展，还为理解和应用化学反应和分子结构提供了新的方法和思路。
他们的研究成果为科学界带来了深远的影响，也为人类社会的进步做出了重要贡献。
诺贝尔化学奖的授予不仅是对这三位科学家个人的认可和赞扬，也是对整个化学界的肯定和鼓励。
他们的成就将激励更多年轻的科学家投身于化学研究，并为解决全球性问题提供创新的解决方案。
在过去的几十年里，化学科学在人类的生活和工业生产中发挥着越来越重要的作用。
化学科技的进步为人类带来了许多福祉，为各行各业的发展提供了强大的支撑。
2011年诺贝尔化学奖
2011年诺贝尔化学奖 年诺贝尔化学奖
Daniel Shechtman 1941年出生于以色列的特拉维 年出生于以色列的特拉维 毕业于以色列工学院， 夫，毕业于以色列工学院，现为 以色列工学院工程材料系教授。 以色列工学院工程材料系教授。
Daniel Shechtman——个人履历 个人履历 1941年谢赫特曼生于以色列特拉维夫 1972年从位于海法的以色列工学院获得博士学位，随后在美国 俄亥俄州赖特——帕特空军基地航空航天研究实验室从事3年钛 铝化合物研究 1975年进入以色列工学院材料工程系工作 1982年从事合金研究并在此期间发现准静体，这一发现违背当 时科学界关于固体只有晶体和非晶体的分类理论，但他坚持维 护自己的观点，以致被当时所在的科研小组除名。 1996年当选以色列科学院院士 2000年当选美国国家工程院院士 2004年当选欧洲科学院院士 自1986年起 ，已获得化学、物理等领域共记10余个奖项
准晶体与晶体的区别 准晶体和晶体一样具有规则点阵，当时这些点阵 经过旋转后并不是等价的不是晶体，但又不像非晶体， 准晶体展现了完美的长程有序，这个事实给晶体学界 带来了巨大的冲击，它对长程有序与周期性等价的基 本概念提出了挑战。长程有序：晶体内部原子在至少 在微米级范围内的规则排列
The end! Thank ——准晶体的发现 准晶体的发现
1981~1983年，谢赫特曼利用学术休假年来到美 国约翰·霍普金斯大学。1982年4月8日，他将铝锰 合金熔化后快速冷却以防止其结晶，并在电子显微 镜下观察样品中的原子结构。显微镜里，他看到了 一张从未见过的电子衍射图模式：这个合金有非同 寻常的旋转对称——五边形对称，原子排列有序但 结构模式不重复。1984年其研究成果在同事布雷西 的帮助下，制作一个20面体的玻璃模型两人写了一 篇包含这个模型和实验结果的论文 ，分别投过 《应用物理学期刊》、《冶金学学报》均未发表。 最终，以题为《一种长程有序但不具备平移对称性 的金属相》论文发表在1984年11月的《物理学评论 快报》上。
从2011准晶获诺贝尔化学奖、怀念郭可信先生，为获诺奖而研究是非常危险的，急功近利的
从2011准晶获诺贝尔化学奖、怀念郭可信先生，为获诺奖而研究是非常危险的，急功近利的2011年诺贝尔化学奖刚刚颁发给了“准晶”发现者的Dan Shechtman。
消息一出来，忽然想起来早些年去世的郭可信先生。
一位我虽未有机会谋面、但心中最为敬佩的国内的教育家和科学家。
如果郭先生现在还在世，他能否和Shechtman分享今年的诺贝尔奖呢？This is an open question...现转载郭先生生前在《金属研究所建成60周年纪念专集》中的一篇自述。
一方面让大家更多的了解中国学者在准晶探究领域的突出贡献和这段发展的历史，另一方面也可以让我们年轻一辈再次感怀郭先生在科研上明锐的嗅觉，以及培育人才、因才施教的不遗余力和大智慧。
五重旋转对称和二十面体准晶体的发现郭可信我早年曾在欧洲从事过近十年的合金钢中的碳化物及合金相研究，除了X射线衍射外，还使用过当时还算比较新颖的电子显微镜。
在1953年曾在Acta metallurgica发表了3篇有关η-M6C，η2-（Ti,Ta）4Ni2C, Laves相和Sigma相的论文。
这些合金相的晶体结构中都有众多稍微畸变了的二十面体原子团簇（正二十面体是由20个正三角形围成的凸正多面体，每5个正三角形围出一个正五重顶，通过每一对相对着的五重顶有一个五重旋转对称轴。
通过每一对相对着的三角形中心有一个三重旋转轴；通过每一对相对着的棱的中点有一个二重旋转轴。
二十面体点群的符号是235，而立方晶体系中四面体点群的符号是23。
）1956年春天，我在海牙读到周总理“向科学进军”的号召，深受感动，在五一节前回到北京，随后分配到金属研究所工作，直到1987年才转到北京电子显微镜开放实验室工作。
前后在沈阳工作三十一年，时间不算短，以正值壮年，本应有所作为，但是生不逢时，前后赶上大跃进和文化大革命两次大动荡，我的基础研究一直没能在祖国大地扎根。
幸好在打倒四人帮后迎来了科学的第二个春天，我才得以在1983年60岁时才又开始合金相的电子显微镜研究。
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准晶：被双料诺奖得主鲍林斥为Nonsense的伟大发现
重大的科学发现往往是偶然的，有时候还需要运气，原始创新思想，不是靠智者们指南规划出来，更不是靠金钱烧出来，它或许仅仅是平凡者的神来之笔？创新需要勇气，是你死我活的战争，不是你不幸被权威踩死，就是你把权威拉下神坛，不要迷信权威，知识越多越糊涂，威望越高越保守。
一. 神秘的对称性
在自然界中，很多固体物质都是以晶体的方式存在，它们在宏观上表现出特定的对称性。
早在十九世纪，德国科学家就总结并通过数学严格证明，为了满足晶体的平移对称性（长程序），晶体只能出现n=1、2、3、4、6等五种旋转对称轴(相应的转角为2π/n)，不可能出现n=5和n>6次的对称轴。
这种抽象的数学描述可以通过下图进行直观的描述，它们分别表示用平行四边形、长方形和正3-8多边形“元胞”铺平面空间，不难看出，1-4和6次旋转对称的图能够无间隙、不重叠地铺满整个平面空间，但5、7和8次对称的多边形不能够做到这一点。
在晶体结构中不允许出现5次和6次以上的旋转对称性，这是被写进教科书的国际学术界主流观点，一百多年来没有人去怀疑它的正确性，即使在实验中偶然发现那些被理论禁止的晶体对称结构，人们首先怀疑的是实验的可靠性，而不是理论是否有问题。
【思考一：主流学术界公认的就是真理吗？数学严格证明的就是正确吗？】
二. 数学游戏
数学家才不管具体的晶体对称性，他们可以像小孩一样玩拼图游戏。
进入20世纪，很多人对“非周期的平面铺砌”产生兴趣，所谓非周期铺砌（后来被称为准周期铺砌），是指铺砌的图形整体丧失平移对称性（没有长程序），但图形整体存在某种旋转对称性（取向序）。
人们首先考虑的是如何拼出具有五次旋转对称性的平面图形，数学家起初证明要实现这个目的，必须用20426种不同现状的花砖！后来证明只需104种，1971年进一步减少到下图a的6种，1974年Penrose证明用72°和36°的两种菱形，按照一定的衔接规则就可以实现具有5次旋转对称的非周期铺砌，如下图b所示。
陆续有研究者对其它旋转对称性的图形实现了非周期铺砌，如图c的八次对称性和图d的十二次对称性。
在兴趣驱动下，数学家还发展了多种能直接产生非周期铺砌的方法，比如，高维空间投影法，对偶方法，自相似膨胀法等等。
1995年德国科学家提出覆盖理论，该理论设想用一种画有特殊图案的花砖（如图e所示的绿色边框十边形）实现非周期铺砌，这个理论结果后来被很多实验验证。
基于二维的Penrose拼砌，Steinhardt把游戏玩到三维空间，他发现利用三基矢夹角分别为63.43°和116.57°的两种菱形六面体（如下图所示），可以构造出三维的Penrose准周期结构。
选择不同的构造方式，可得如图所示的正五边形十二面体、正三角形二十面体和菱形三十面体等结构，虽然它们外观不同，但它们拥有完全相同的旋转对称性（六个5次轴、十个3次轴和十五个2次轴），由于它们都包含传统晶体理论所不允许的5次轴，晶体学家认为这些对称结构不过是数学游戏。
事实上，这样的对称结构不仅存在于人们的日常生活中（如足球）还存在于自然中（如下图的碳60和病毒）。
【思考二：我们为什么不能用玩的心态玩科学？当所有人拼热点、前沿，追SCI、影响因子，争科研经费、项目的时候，不妨静下心来玩玩科学！】
三. 准晶的发现
1982年，两位主要从事航空用高强度铝合金研究的以色列科学家Shechtman和Blech，又是以色列人！他们无意中在急冷Al6Mn合金中发现五次对称衍射图，由于两人的晶体学基础一般，就到处请教晶体学专家，专家们认为那不过是晶体学中常见的五次孪晶，抱着试试看的态度，他们还是决定把文章寄到美国《应用物理杂志》，不幸被不识货的杂志编辑直接退稿，成名后的Shechtman对此事仍耿耿于怀，他作学术报告时总喜欢把那封退稿信作为第一张透明片，
来讽刺那位有眼无珠的编辑。
后来他们又去请教法国CNRS冶金化学研究所的D. Gratias，由于实验结果与传统晶体学的周期性相矛盾，Gratias认为很难被主流接受发表。
1984年秋，Gratias在加州大学的一次理论物理讨论会中听了Steinhardt的报告，发现他们关于二十面体理论模型的衍射花样（下图左）与Shechtman 等人的实验结果（下图右）完全一致，两人会后这么一碰，火花就出来了，他们决定把理论和实验结果同时寄到物理学最权威的Phys. Rev. Lett.，独具慧眼的编辑让两篇文章以最快的速度先后发表，从此准晶（Quasicrystal）这个新名称诞生了。
Shechtman也因为准晶的发现，获得了除了诺贝尔奖之外的几乎所有科学奖励。
准晶的发现引发了上世纪八十年代全球性的准晶热，中日美成为引领准晶研究的三驾马车，各种准晶材料和结构被发现（下图分别是三十面体和十二面体准晶），当然，也有不少研究者“顿足捶胸”，这不是自己N年前就发现的东西吗？准晶的发现也刺激了某些权威的神经，以双料诺贝尔奖获得者鲍林（Pauling：1954年诺贝尔化学奖，1962年和平奖，1995年去世）为代表的保守势力，要誓死捍卫传统晶体理论的“纯洁性”，他们认为所谓准晶就是众人皆知的孪晶，在Nature发文用“Nonsense”这个词形容准晶的发现，并利用自己的特殊身份在美国科学院院报上连发檄文，歇斯底里地反对准晶，可叹，老先生晚节不保。
【思考三：重大科学发现往往是偶然的，不是科学指南可以规划出来的，也不是用钱可以换来的，把科学创新的希望和赌注完全压在那些钦定的人才身上，是极其不科学。
权威是过去时，权威人士有时候是阻碍科学创新的最大阻力和绊脚石，要创新不要迷信权威，这一点以色列人比我们强多了！】
四. 中国人的贡献
Shechtman等人的文章是1984年11月12日刊登出来，几乎是同时，我国著名科学家郭可信院士手下大将张泽，在过渡族金属合金中也独立地发现了五次对称电子衍射图，不过遗憾地与“第一名”擦肩而过，可是我在想，如果没有以色列科学家锲而不舍的努力，中国人的首次发现能被承认和发表吗？在郭可信先生的领导下，他的学生还先后发现了二维八次对称准晶和十二次对称准晶，并在国际上首次生长出毫米级的十次稳定准晶单晶。
郭可信院士的研究团队因发现五次对称及Ti2Ni准晶获得1987年国家自然科学一等奖，他的四位学生也因为相关研究先后荣获第一和第二届吴健雄物理奖。
准晶的发现，创造了中国科学的一个奇迹，被认为是真正达到国际水平的一项研究，这个项目的研究不仅培养了一大批青年科学家，还“培养”了四位中国科学院院士，他们是叶恒强、李方华、张殿林和张泽院士。
奇迹的创造绝非偶然的，郭可信院士曾经用“四十多年前播下的种子，四十年后才收成”来描述创造奇迹的艰难历程，本人曾有机会见到郭先生亲手绘制的一张“秘密作战图”，对手下学生进行了科学部署和周密安排，对具体的合金成分和可能产生的准晶相都进行了详细说明，他的一位学生是这样评价的：“郭先生不会帮你挖金子，不过他会告诉你金矿在哪里！”
【思考四：在科学发现中，中国人为什么总是与“第一”擦肩而过？在不少研究领域，我们已经达到可以跟踪国际热点的水平，可我们什么时候可以创造研究热点，让外国人来跟踪？国家科研基金在支持开展国际前沿课题研究的同时，如何支持那些由中国人创造、将来有可能成为国际前沿的研究课题？】准晶之谜还没有完全被揭开，特别在二维准晶中，八次、十次和十二次等偶数对称性的准晶先后被发现，奇怪的是，五次（它与二十面体的五次对称性不同）、七次、九次、十一次等奇数对称性的二维准晶一直没有被发现。
十几年前本人曾考虑过这个问题，并与郭可信先生进行过讨论，我认为这种奇、偶对称性不守恒是自然界所固有的，郭先生倾向于将来会在实验中发现奇数次的二维准晶，不过，他认为如果能够从理论上严格证明这种对称的不守恒性，应该是非常重要的工作，虽然本人已不再从事这方面的研究，时不时还在琢磨这个至今未解的自然之谜。