Eigenschappen quasikristallen nog steeds moeilijk te begrijpen

In 1984 werd in het laboratorium bij toeval in een snel afgekoelde legering van aluminium (86%) en mangaan (14%) een merkwaardige kristalstructuur ontdekt. De atomen bleken niet op een periodiek rooster te liggen, maar wel een geordende structuur te vormen. De structuur is verwant aan het beroemde quasi-periodieke rooster dat de natuurkundige Roger Penrose in 1974 bedacht. Zo'n soort rooster heet sindsdien de Penrose-betegeling. De merkwaardige kristalstructuur wordt quasikristal genoemd. Op dit moment zijn honderden quasikristallen bekend, waarvan de meeste bestaan uit aluminium en één of meer andere metalen. In het algemeen geleiden deze quasikristallen warmte en elektrische stroom slecht. Ook zijn ze hard, breekbaar en zwart (lichtabsorberend). Een belangrijke vraag in de vastestoffysica is of deze eigenschappen verklaard kunnen worden uit de quasikristallijne structuur en zo ja hoe. Op 15 januari promoveert FOM-onderzoeker Eeuwe Zijlstra aan de Katholieke Universiteit Nijmegen op een theoretisch onderzoek naar de elektronische eigenschappen van quasikristallen.

In de afgelopen jaren is in het onderzoek aan de elektronische eigenschappen van quasikristallen een controverse ontstaan. Volgens gangbare berekeningen zou aan het oppervlak van quasikristallen de elektronische toestandsdichtheid een sterk fluctuerende, gepiekte functie zijn. Daardoor fluctueert het geleidingsvermogen als functie van de energie sterk. Ook komen aan het oppervlak én in het inwendige sterk gelokaliseerde toestanden voor, maar die concentreren zich niet zoals gebruikelijk exponentieel, maar algebraïsch. Analyse van inmiddels voldoende nauwkeurige meetresultaten laat dit echter helemaal niet zien. Zijlstra concludeert in zijn proefschrift nu dat de pieken het gevolg zijn van onvoldoende nauwkeurige berekeningen en daarop gebaseerde voorspellingen. Voor de driedimensionale structuur van quasikristallen blijft het echter onduidelijk of de experimenteel gemeten eigenschappen door de structuur van het quasikristal kunnen worden verklaard.