Квазікристали, одна з найекзотичніших форм матерії, демонструють впорядкованість, проте з неідеальною і неповторюваною структурою. Їхні перспективи використання включають абсорбційні матеріали та процеси синтезу білків. Група фізиків із Великої Британії та Швейцарії взялася за розв’язання завдань проєктування таких складних структур, які також можна розглядати як найхитромудріші лабіринти у світі.
Результати дослідження опубліковані в журналі Physical Review X.
Ці питання мають багатовікову історію. Одним із прикладів є задача про хід коня, сформульована близько 300 років тому. У цій задачі шахова фігура повинна відвідати кожну клітину дошки один раз і повернутися у вихідну позицію, що в загальному випадку відоме як гамільтонів цикл. Це завдання пов’язане зі створенням фракталів – геометричних візерунків, що складаються з повторюваних елементів, які нагадують загальну структуру.
У своєму дослідженні вчені використали неперіодичну мозаїку Амманна-Бенкера, аналогічну більш відомій мозаїці Пенроуза. Цей графічний феномен використовувався для моделювання циклів, у яких кожен атом у кристалічній решітці квазікристала відвідується тільки один раз, з’єднуючи всі атоми в одну безперервну лінію. Ці структури можна нескінченно масштабувати, подібно до фракталів.
Мета дослідження полягала не у створенні головоломок для розваги, а в оптимізації логістичних завдань та розв’язанні проблеми згортання білків. Моделі квазікристалів можуть підвищити ефективність поглинання вуглекислого газу або інших молекул, використовуючи лабіринтоподібні кристалічні структури. Фрактальність цих структур збільшує ефективність за рахунок можливості поділу на більш дрібні частини.
Вчені сподіваються, що їхні моделі допоможуть у створенні нових матеріалів та технологій для вирішення актуальних екологічних і наукових завдань.