介绍准晶体及其研究的论文

1984年，丹尼尔·舍特曼还在读大学，一天，他照常走进实验室。在那之前的一个星期，舍特曼参加了一个考试。其中有一道题是这样的：试证明没有5次对称轴的晶体。（附：现在认为的晶体只有1，2，3，4，6对称轴的）这是什么意思呢？比如说氯化钠晶体。它的每一个钠原子（更确切的说是钠离子）周围都有六个氯离子，同样，每一个氯离子周围都有六个钠离子。如果我们“挖”出其中一个平面（实验中是通过X衍射等方法办到的），我们就会发现，把这个平面旋转90°，180°，270°，360°都与原图形一样，所以说它属于4对称轴晶体。没有5对称轴是因为正五边形不能单独组成一个平面。如果它有呢？好，假设我们这里有P，Q两个原子，根据晶体定义，两个原子之间距离一定是一样的。那么我们分别以P和Q为圆心，以PQ长为半径（设为r）画弧，我们可以得到两个圆。因为这个晶体需要5对称轴，所以做出两个圆以后，我们将圆形周长五等分，就会得到新的八个点，理论上的五对称轴晶体原子排布就是这样的。结果，我们会发现，其中有两队原子中间距离小于r，这就与晶体定义不符了，所以5对称轴晶体不存在。这天早上，他进入实验室，将铝和锰共熔成合金然后迅速冷却，之后它把的分子结构用仪器测了出来，但是结果使他非常吃惊，它发现这种分子很不规则。再一数，发现每个原子周围居然有十个原子！这绝对错了，舍特曼想。于是，他又数了数，，一，二，三，四，五，六，七，八，九，十，没问题，十个！这不符合晶体原则，可它又不能不算晶体啊。他经过进一步研究发现，中心原子与第一层原子的距离，第一层原子与第二层原子的距离，第二层原子与第三层原子的距离……这些数据居然满足斐波那契数列！乖乖，不是应该相等吗？！他怀着激动的心情把这些都纪录在了他的本子上，并在本上画出那个奇形怪状的分子（PS：这个本子是他的私人本子，一般不给别人看的。他的习惯是每页先纪录心情，那一天是“SAD“）然后，他发表了一篇关于“准晶体”的论文。他把这些都汇报给了他的“上司”，却被批评一顿。上司甚至拿出一本晶体学基础课本让他好好看看，舍特曼十分失望，于是离开了他的团队。正巧，他去了美国一个物理学家会议，结交了与他志同道合的一位法国物理学家和一个新团队，他们最后组合起来研究，并与1984年又发表了一篇关于准晶体的稍微短一些的论文。论文并不成功，许多人坚信原来的晶体观念，拒不承认存在5对称轴的“准晶体”。就连大物理学家泡利也公开反对。许多人见到名人反对，自然不愿承认。舍特曼受到很多人嘲笑、排挤。不过舍特曼等人并不气馁，况且他们也有一些盟友。几年后，随着铝，铜，铁，镓，锇，稀土等合金的准晶体的不断发现，以及泡利的去世，越来越多人开始支持准晶体理论。以至于国际化学界都修改了关于晶体的定义。化学家们看待固体的方式也由此有了大改变。2011年，他因发现准晶体荣获诺贝尔化学奖。有人评论说：他开启了晶体学新时代。作为一个不人云亦云的化学家，他完全配得上这些荣誉。2012年5月，他与几位诺奖获得者来到西安，并做客高新一中，交大附中等学校做演讲。2012年5月16日，他在江苏师范大学做学术报告，并被江苏师范大学（原徐州师范大学）聘为校名誉教授。在做报告时舍特曼鼓励听取报告的学生们，做科研一定要严谨，要坚持真理。他说在他发现准单晶之前的很长时间里，不是没有人发现准单晶，而是这些人不相信自己的发现，有些人不敢怀疑以前权威人士的观点。报告结束后，舍特曼同其妻子，还有江苏师范大学化学化工学院的学生杨龙广一起参观了徐州的龟山汉墓，在参观过程中，舍特曼对中国古老建筑表现了极高的兴趣，每遇到一座古建筑或一尊石雕塑，他都要细细的观察，并力求弄明白它的历史意义。我想这正是他能在自己的科研事业中取得极高成就的原因之一。