Το 60% των υλικών ακολουθούν τον “Κανόνα των Τεσσάρων“

Μία ανάλυση μίας τεράστιας βάσης δεδομένων υλικών, αποκάλυψε ένα μυστηριώδες επαναλαμβανόμενο σχεδιασμό στον τρόπο που συγκροτείται η ύλη. Μελετώντας πάνω από 80.000 ηλεκτρονικές δομές υλικών, το 60% έχει την ίδια βασική δομή η οποία βασίζεται στον Κανόνα των Τεσσάρων. Και ακόμα πιο περίεργο είναι πως οι επιστήμονες δε διαθέτουν κάποια εξήγηση. Προς το παρόν, μπορούμε να το παρατηρήσουμε, είναι πραγματικό, αλλά δε γνωρίζουμε το λόγο.

Αναλύσαμε την ανώμαλη ποικιλία ανόργανων δομών των οποίων η κύρια μονάδα περιέχει έναν αριθμό ατόμων ο οποίος είναι πολλαπλάσιος του τέσσερα, μία ιδιότητα που ονομάσαμε τον Κανόνα των Τεσσάρων. Η μελέτη προσφέρει ένα σημείο έναρξης μελλοντικών μελετών για το φαινόμενο αυτό, δεδομένου ότι μία πλήρως ικανοποιητική εξήγηση μιας τέτοιας ανώμαλης κατανομής μάς διαφεύγει. – Elena Gazzarrini, φυσικός του CERN

Η πλειοψηφία των ανόργανων υλικών διαθέτει μονάδες οι οποίες είναι οι μικρότερες δυνατές μέχρι να επαναληφθεί η μονάδα μέσα στην κρυσταλλική δομή. Θεωρητικά, όλοι οι τύποι δομών θα έπρεπε να αντιπροσωπεύονται ισοδύναμα στις βάσεις δεδομένων. Ωστόσο αυτές που είναι πολλαπλάσιες του τέσσερα, είναι κυρίαρχες.

Μόλις απέκλεισαν κάποιο υπολογιστικό λάθος, οι επιστήμονες έψαξαν για κάποια εξήγηση. Μία μπορεί να είναι το πυρίτιο, το οποίο μπορεί να ενώσει τέσσερα ακόμα άτομα στο κεντρικό του άτομο. Αν το υλικό περιέχει πυρίτιο αυτό θα έλυνε το μυστήριο, αλλά δεν είχαν όλα τα υλικά των βάσεων δεδομένων πυρίτιο.

Το επόμενο βήμα ήταν να δημιουργήσουν έναν ισχυρό αλγόριθμο, ο οποίος θα ομαδοποιούσε τα συστατικά βάσει των ατομικών ιδιοτήτων τους, αλλά και εκεί δεν προέκυψε κάποια λύση. Προς το παρόν, δε φαίνεται να υπάρχει κάποια εξήγηση για τον Κανόνα των Τεσσάρων και οι επιστήμονες συνεχίζουν να ερευνούν.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο npj Computational Materials.