Het eerste in de natuur ontdekte quasikristal. Afbeelding: Science/AAAS

Kristallen die in de natuur worden gevonden, bevatten meestal atomen die in een strikt symmetrisch patroon passen. In het Korjakskoje-gebergte in Rusland is nu een type kristal gevonden dat nooit eerder in de natuur werd aangetroffen. Dit zogeheten quasikristal werd tot nog toe enkel in het laboratorium gefabriceerd, voor het eerst in 1984. Net als kristallen hebben quasikristallen specifieke, repeterende patronen. Kristallen bevatten slechts één vorm (bijvoorbeeld kubusjes) en hebben daarom de eigenschap dat ze periodiek zijn. Quasikristallen daarentegen hebben twee of meer verschillende vormen die zich steeds herhalen, maar zodanig dat de periodiciteit verdwijnt. In twee dimensies kun je dit vergelijken met Penrosebetegelingen, zie onderstaande figuur.

Een Penrosebetegeling kun je zien als het tweedimensionale analogon van een quasikristal. Het is een vlakvulling met een speciale eigenschap: de betegeling is a-periodiek. Dat wil zeggen dat je een Penrosebetegeling niet zódanig kunt verschuiven dat hij weer op zichzelf terechtkomt. Een betegeling met vierkanten of rechthoeken is wel periodiek: als je alles precies één vierkant of rechthoek naar rechts verschuift, is het patroon precies hetzelfde.

Kristallograaf Paul Steinhardt begon zijn zoektocht naar natuurlijke quasikristallen tien jaar geleden. Hij vroeg zich af of ze überhaupt bestaan in de natuur: ‘In het laboratorium proberen we bewust perfecte quasikristallen te maken, maar waarom zou de natuur zo’n doel hebben?’ Hij schreef kristallografen uit de hele wereld aan met het verzoek om mee te doen met de speurtocht naar quasikristallen. Luca Bindi van de universiteit van Florence, Italië, was enthousiast en ging op zoek in het ruige Korjakskoje-gebergte diep in Rusland tegen de Beringzee, een deels vulkanisch mijnbouwgebied waar metalen als koper en aluminium worden gewonnen. Niet zonder succes: hij vond daar een mineraal dat bestaat uit koper, ijzer en aluminium. De patronen van dit mineraal voldoen precies aan de eigenschappen van een in het laboratorium gemaakt quasikristal.

Het patroon van het gevonden quasikristal. Afbeelding: Science/AAAS

Dat het om een bijzonder steentje gaat, beaamt ook Hanco Zwaan van het Edelstenenlab van museum Naturalis in Leiden. ‘In Leiden hebben we dit echt niet zomaar in een laatje liggen,’ zei hij in de Volkskrant. Maar of de handboeken van de mineralogie nu herschreven moeten worden, zoals de ontdekkers beweren, durft Zwaan ook wel weer te betwijfelen.

Zie ook:

• Wat een toestand! (Kennislinkartikel)
• Penrose-betegelingen in Middeleeuwse Islamitische mozaïeken (Kennislinkartikel)
• Penrose-betegelingen (Wikipedia, Eng.)