Yirmi eşkenar üçgen yüzlü "kuazi kristal"

24 Ekim 2011 10:31 tsi
Moleküllerde ve İslam Sanatı'nda Kuazi Kristaller!

Bu yıl kimya dalındaki Nobel ödülüne, kuazi (yarı) kristallerin yapısını keşfeden Daniel Shechtman layık görüldü.

İlk olarak 1912 yılında Alman fizikçi Laue'nin gözlemlediği, birkaç atomun bir araya gelerek oluşturduğu maddeler üzerine fizikçi ve kimyacılar zaman içinde bir model geliştirdi. Moleküller, aralarında boşluk kalmayacak biçimde bir araya geliyordu ve belirli aralıklarla kendilerini tekrar ediyorlardı. Dörtlü bir simetriyi temsil eden kare, üçlü simetriyi temsil eden eşkenar üçgenler gibi. Ancak moleküllerin beşgen olamayacağı düşünülüyordu. Çünkü beşgenler yan yana geldiklerinde aralarında boşluklar oluyordu ve oluşan biçim kendini tekrar edemezdi. Fakat 1982'de ABD'de çalışmakta olan İsrailli kimyacı Dan Shechtman, elektron mikroskobunda alüminyum oksit ve magneyyumoksitlere bakarken beşli ve onlu simetri gördü.

Shechtman, kristal atomlarının imkansız olduğu düşünülen bir yapılanmaya girebildiğini göstererek kimyagerleri şaşırttı. Shechtman, Kuazi (yarı) kristalleri alüminyum ya da mangenez gibi eriyik metalleri soğuk bir yüzeye hızla püskürterek elde etti ve mikroskop altında inceleyerek, hiçbiri bir diğerini tekrar etmeyen, fakat mükemmel bir simetri içinde dizilerek kümeler oluşturan atomlar gördü. Bu yapı, normalde birbirini tekrar eden düzenli kümelerden oluşan kristal atomlarından çok daha farklı bir biçim sergiliyordu. Daniel Shechtman'ın keşfettiği bu yeni yapıya, ''kristal gibi'' anlamını taşıyan kuazi (yarı) kristal adı verildi.

Yarı (kuazi) kristallerin keşfi uzun süre bilim dünyasında şüphe ile karşılandı. Bunun iki nedeni vardı. Birincisi o ana kadar malzemelerin ancak iki tür yapısı olabileceği kabul edilmişti. Birincisi kristal yapılardır. Kristaller; moleküller veya atomların, periyodik yani kendini tekrarlayarak büyüdükleri düzgün yapılardır. İki boyutta örnek olarak, üçgen, kare ve altıgenlerin yan yana kendilerini periyodik tekrarlayarak geniş bir alanı kaplaması düşünülebilir.

İkinci bir tür ise, kristal olmayan veya amorf yapılardır. Bunlar moleküllerin veya atomların belli bir düzen olmadan rastgele dizilmelerinden oluşur. Yarı kristallerin keşfine kadar bu iki düzen dışında bir malzeme yapısı bilinmemekteydi. Moleküler düzeyde malzeme yapıları ya düzgün tekrarlayan, yani kristal, veya rastgele, yani amorf olabilirdi.

---

Yarı (kuazi) kristallerin hemen kabul görmemesindeki ikinci neden 1980'lerde mikroskop teknolojisinin bugünkü düzeyde gelişmemiş olması nedeniyle bu yapının açık seçik gözle görülememesiydi. Bugün artık böyle bir sorun yoktur.

Yarı kristaller değişik malzeme özellikleri gösterirler. Sert, kırılgan, ısıl ve elektrik geçirgenliği düşük, ama sıcaklığa dayanıklı malzemelerdir. Isıl geçirgenlikleri birçok camdan düşüktür. Adsorbsiyon(atom, iyon ya da moleküllerin bir katı yüzeyinde tutulması) katsayıları çok düşük olduğundan üzerlerine başka malzemenin yapışması çok zordur. Kolay kolay kimyasal reaksiyona girmezler.

Bir süre önce de ünlü İngiliz matematikçi ve fizikçi Roger Penrose, matematiksel modellemesini yapmış, literatürde "Penrose tiles"(Penrose Karoları) adı verilmiştir. Penrose, 1970'lerde, o güne kadar imkânsız olduğu düşünülen "yüzeylerin beşli simetri ile kaplanması"nı mümkün kılan ve Penrose Karoları olarak adlandırılan karo kümelerini bulmuştur. Bu karoların en önemli özelliği düzlemi sonsuza kadar kaplayabilmeleri fakat periyodik olarak kaplamalarının imkânsız olmasıdır.

Diğer taraftan, ABD'deki Harvard Üniversitesi'nden Peter Lu ile Princeton Üniversitesi'nden Paul Steinhardt adlı araştırmacıların yaptığı çalışmaya göre İslam dünyasındaki sanatçıların çinilerinde kullandıkları geometri bilgisine, Batılı matematikçiler ancak 500 yıl sonra ulaşabildi. İki bilim adamı bu tezlerine örnek olaraksa, Bursa'da bulunan Yeşil Cami'deki çiniler ile İran, Irak Afganistan ve Özbekistan'daki yapıtları gösterdi.

ABD'li iki bilim adamı, mercek altına aldıkları yapılarda "kuazi kristal geometrisi" denilen ve düzensiz aralıklarla kendini tekrar eden bu sistemin kullanıldığını saptadı. Ortadoğu ve Orta Asya'da bu çinilerin, cami ve medreselerde yapıldığının belirtildiği yazıda, Peter Lu, "Bu sistem, çok da önem vermediğimiz bir kültürün aslında sandığımızdan ne kadar ileri olduğunu gösteriyor" dedi.

İspanya'daki Alhambra Sarayı veya İran'daki Darb-ı İmam Camisindeki eski İslam süslemelerine benzer kuasi kristalleri bulunmaktadır.

Yaklasansaat

Bu haber 1,923 defa okundu.