Nobelprijswinnende quasikristallen lijken op Arabische mozaïek
CHEMIE - Hij werd bespot en verloor zijn onderzoekspost toen hij beweerde dat hij een totaal nieuwe klasse van vaste stoffen had gevonden. Deze week kreeg Daniel Shechtman de Nobelprijs Chemie voor zijn ontdekking van de quasikristallen.
Drie decennia geleden bestudeerde hij een metaallegering met de elektronenmicroscoop en ontdekte hij een patroon dat nog niemand op moleculair vlak had gezien, ook al was het een vaste waarde in de islamitische kunst. Vandaag vinden de niet-klevende, roestvaste, hittebestendige quasikristallen die hij ontdekte toepassingen in leds, motoren en bakpannen.
Shechtman (70), een onderzoeker van het Israëlische Technion Institute in Haifa, werkte in 1982 in de VS toen hij waarnam hoe de atomen van een kristal dat hij gemaakt had een patroon met vijf zijden vormden dat zich niet herhaalde. Die observatie was in strijd met de heersende wijsheid die zei dat atomen repetitieve patronen moesten vormen, zoals driehoeken, vierkanten of zeshoeken.
Een fascinerende eigenschap van de patronen die Shechtman zag, en die ook in Arabische mozaïeken voorkomen, is dat telkens weer een wiskundige constante verschijnt die bekend staat als de Griekse letter tau, de 'gulden snede'. Het is een sequentie die in de 13de eeuw door Fibonacci werd geformuleerd, waarin elk nummer de som is van de twee vorige. David Phillips, de voorzitter van de Britse Royal Society of Chemistry, noemt de quasikristallen "heel mooi".
"Eerst werd ik uitgelachen", herinnerde Shechtman zich in de Israëlische krant Haaretz. Hij vertelde hoe Linus Pauling, tweemaal Nobelprijswinnaar, een "kruistocht" tegen hem organiseerde en zei: "Er bestaan geen quasikristallen, alleen quasiwetenschappers." Het hoofd van Shechtmans onderzoeksgroep vond dat hij zijn studieboeken maar eens moest herlezen en vroeg hem om ontslag te nemen, omdat hij het team "beschaamd" had. "Ik voelde mij uitgestoten", herinnerde Shechtman zich.
"Het was een erg controversiële ontdekking", zegt het Nobelcomité. "Daniel Shechtman heeft een verbeten strijd moeten leveren tegen de gevestigde wetenschap... Zijn strijd heeft de wetenschappers uiteindelijk gedwongen hun opvattingen over de aard van de materie zelf te herzien."
Vroeger dachten wetenschappers dat vaste materie slechts in twee toestanden kon voorkomen: kristallijn, zoals diamanten, met in strakke rijen gerangschikte atomen, of amorf, zoals metalen, zonder een bepaalde ordening. Quasikristallijne materie is een derde mogelijkheid en opent de weg naar nieuwe soorten materialen voor industrieel gebruik. Hun oppervlak kleeft niet, wat handig is voor bakpannen, en ze worden ook toegepast in lichtgevende dioden (leds) en de warmte-isolatie van motoren.
Astrid Graslund, de secretaris van het Nobelcomité voor Chemie, zegt: "Er zijn voorlopig nog niet veel praktische toepassingen. Maar het materiaal bezit onverwachte eigenschappen. Het is uiterst sterk en heeft vrijwel geen oppervlaktewrijving. Het lijkt met niets te willen reageren. Het kan niet roesten."
Niet de eigenschappen van de quasi-ktristallen, maar het feit dat ze tot een nieuwe klasse behoren, leverde Shechtman de Nobelprijs op. "Het gaat vooral om het conceptuele inzicht, het feit dat deze materialen bestaan en dat we alle studieboeken over kristallen moeten herschrijven. Het is een paradigmaverschuiving, dat is het belangrijkste."
Sinds Galileo in de 16de eeuw werd bespot vervolgd omdat hij had waargenomen dat de aarde om de zon draait, is het nooit gemakkelijk geweest om heersende opvattingen te veranderen. Verscheidene Nobelprijswinnaars van dit jaar hebben dat bewezen. Het onderzoek naar dendrieten, dat jarenlang verwaarloosd werd, bezorgde wijlen Ralph Steinman de Nobelprijs Geneeskunde. De verbluffende ontdekking dat het heelal versnelt in plaats van te vertragen heeft haar twee auteurs de Nobelprijs Natuurkunde opgeleverd. Maar nu de wetenschap in rep en roer staat over de mogelijkheid dat deeltjes zich sneller dan het licht voortbewegen, hebben weinig moderne wetenschappers zo hard tegen het ongeloof moeten vechten als Shechtman met zijn quasikristallen.