在内布拉斯加州的一管熔化沙子中发现了一种打破普通晶体学规则的晶体。
内布拉斯加州沙丘的一管“化石闪电”含有一种罕见的准晶体，以前只在陨石和原子弹试验场发现过。
准晶体是打破传统晶体学规则的材料。 在 1984 年首次发现它们之前，科学家们认为材料可以是结晶的——具有对称、重复的图案——或者是无定形的，即随机排列和无序的。 此外，科学家们认为，当绕轴旋转时，晶体只能对称的次数有限——两次、三次、四次或六次。
准晶体打破了这些规则。 它们以有序的模式组合在一起，但这种模式确实会重复。 它们还具有普通晶体无法实现的旋转对称性。 例如，具有二十面体对称性的准晶体可以围绕六条不同的旋转线显示出五重对称性。
准晶体最早是在实验室中发现的。 然而，在 2012 年，普林斯顿大学的理论物理学家 Paul Steinhardt和意大利佛罗伦萨大学的地球科学家 Luca Bindi 宣布发现 中的天然准晶体 落在俄罗斯东北部堪察加半岛的陨石。 然后，研究人员通过模拟岩石体碰撞时可能出现的高温和高压，在实验室中制造出更多的准晶体。 然后他们转向另一个发生非常快速的高温高压转变的地方：新墨西哥州的三一原子弹试验场。 在那里，他们在原子弹爆炸地下方的矿物中发现了更多的准晶体。
“出于这个原因，我开始考虑在类似条件下形成的其他材料。我想到了闪电石，即雷击形成的材料，”宾迪在一封电子邮件中告诉我们。
戏剧性的放电
闪电击中沙子时会形成闪电石，将沙粒熔合在一个粗糙的、有分支的玻璃管中。 Bindi 在寻找准晶体的过程中收集了多种电闪石。 含有这种稀有物质的物质来自内布拉斯加州海恩尼斯村附近的沙丘。 内布拉斯加州的这一地区由长满草的沙丘组成。
在 2008 年暴风雨中断电的电线附近发现了这块电辉石。它总长约 6.6 英尺（2 米），直径达 3.1 英寸（8 厘米）。 没有人目睹这一事件，因此研究人员不确定是闪电击中了电线并产生了电辉石，还是电线在风中掉落并通过自身放电产生了电辉石。
无论哪种方式，由此产生的支化玻璃都含有来自沙子和电线中金属的混合物，包括锰、硅、铬、铝和镍。 研究人员于 12 月 27 日在美国国家科学院院刊上报告说，为了融合这些材料，沙子的温度必须短暂地达到至少 3,110 华氏度（1,710 摄氏度）。
寻找准晶体
使用扫描电子显微镜，Bindi、Steinhardt 和他们的同事发现了一个 12 面、12 角的晶体，具有 12 重对称性，嵌入在电辉石中。 研究人员在他们的论文中写道，具有这种对称性的准晶体比一般的准晶体更罕见； 具有 10 重对称或二十面体对称的准晶体更为常见。
Bindi 说，这一发现为寻找天然准晶体指明了新的方向。
“这表明瞬态极端压力-温度条件适用于准晶体的合成，”他说。 他说，其他可能发现准晶体的地方可能是大型陨石或小行星撞击地球时形成的撞击玻璃，或者月球表面被小行星撞击的部分区域。