不可思议的新发现——准晶体

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达尼埃尔谢赫特曼1941年出生于以色列的特拉维夫。1972年，他在以色列工学院获得博士学位，并留校任教。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航空高强度铝合金研究。

1982年4月8日上午，谢赫特曼正借助电子显微镜研究冷冻固化的铝锰合金。在进行“衍射光栅”实验时，他首次在电子显微镜下观察到一种“反常”现象：铝锰合金的原子采用一种不重复、非周期性但对称有序的方式排列。对此，谢赫特曼自己也觉得难以置信。“不可能有这样的物质存在，”谢赫特曼对自己说。在记录这一发现的笔记本上，谢赫特曼一连标记了3个问号。

20世纪80年代初以前，科学界对固态物质的认识仅限于晶体与非晶体，而谢赫特曼的新发现却令一种徘徊在晶体与非晶体之间的“另类”物质闯入了固体家族，并被命名为准晶体。后来，谢赫特曼回到以色列并和一名同事携手撰写文章描述他的发现。这篇文章刚开始也没有逃脱被拒绝的命运，最终于1984年11月面世，随后在科学界引起巨大涟漪。包括著名化学家、两届诺贝尔奖得主莱纳斯鲍林在内的一些主流科学界人士纷纷质疑谢赫特曼的发现。

在持传统观念的人们看来，根据固态物质构成的原子排列规律，晶体内原子应呈现周期性对称有序排列，非晶体内原子呈无序排列，因此，具有这种“反常”原子排列方式的固体在当时理论下是不可能存在的。大名鼎鼎的化学权威鲍林公开评论说：“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’。”但谢赫特曼并未动摇自己的信念。

为维护自己的发现，谢赫特曼被迫离开当时的研究小组。“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。”

准晶体最终得到确认

准晶体概念提出之时，权威界认为其颠覆了固态物质的分类方式，被认为是无稽之谈，受到巨大质疑，但真理的光芒是遮挡不住的。

谢赫特曼“锲而不舍的努力最终迫使科学家们开始重新考虑他们对于物质本质的认识。”诺贝尔化学奖评审委员会说。80年代中期，法、日科学家成功地在实验室中制造出了大到足以被X射线观察到的准晶体结构，并在取自俄罗斯一条河流的矿物样本中发现天然准晶体。中国科学家在准晶体领域也颇有建树。已故的郭可信院士当时带领研究小组，相继发现了Ti－Ni准晶、八次和十次对称准晶以及一维和立方准晶。瑞典一家公司也在一种钢中发现了准晶体，这种准晶体如同盔甲一般可增加材料强度。至此，准晶体的存在终被证实。“鲍林确实是一名伟大的科学家，但这次，他错了。”谢赫特曼说。

2011年10月５日，瑞典皇家科学院宣布，将2011年诺贝尔化学奖授予准晶体的发现者以色列科学家达尼埃尔谢赫特曼，以表彰其在晶体学研究中的突破。

谢赫特曼的发现和获奖已经使得准晶体成为物理学家、材料学家、数学家以及晶体学家的重要研究领域。准晶体内的原子排列组合没有按照重复周期性对称排列，原子排列方式介于晶体和非晶体之间。打个比方说，准晶体的原子排列组合类似于编织古代波斯地毯，地毯的花纹复杂有序，但没有两条地毯的花纹组合是相同的。瑞典皇家科学院在其声明中说，准晶体的发现，从根本上改变了对固态物质组成结构的原有认识。

新的科学发现也预示着新的应用前景。由于准晶体原子排列不具周期性，因此准晶体材料硬度很高，同时具有一定弹性，不易损伤，使用寿命长。鉴于其具备的“强化”特性，准晶体材料可应用于制造眼外科手术微细针头、刀刃等硬度较高的工具。此外，准晶体材料无黏着力并且导热性较差，其应用范围还包括制造不粘锅涂层、柴油发动机等。前些年，在两位科学家因研究高温超导材料而获得诺贝尔奖后，全世界曾兴起一股前所未见的“超导热”；如今，谢赫特曼摘取诺贝尔化学奖，必将推动全球科技界对准晶体材料的深入研究和开发，这种新材料一定会有广阔的应用前景。