Икосаэдрический двойник — это наноструктура, возникающая в виде кластеров атомов, а также наночастиц , содержащих несколько тысяч атомов. Эти кластеры двадцатигранные, с двадцатью взаимосвязанными тетраэдрическими кристаллами, соединенными вдоль треугольных (например, кубических (111) ) граней, имеющих тройную симметрию. Родственная, более распространенная структура состоит из пяти единиц, аналогично устроенных с двойникованием, которые были известны как «пятерки» в 19 веке, [1] [2] [3] в последнее время как «декаэдрические многодвойниковые частицы», «пятиугольные частицы» или «пятиугольные частицы». «звездные частицы». Множество различных методов (например, конденсация аргона, атомов металлов и капсидов вирусов ) приводят к икосаэдрической форме в масштабах размеров, где поверхностная энергия более важна, чем энергия из объема.
Когда межатомные связи не имеют сильных предпочтений в направлении, атомы нередко тяготеют к числу целующихся 12 ближайших соседей. Три наиболее симметричных способа сделать это — икосаэдрическая кластеризация, кристаллическая гранецентрированно-кубическая ( кубооктаэдрическая ) и гексагональная (триортобикупольная ) плотная упаковка .
Икосаэдрические структуры, обычно из-за их меньшей поверхностной энергии , [4] могут быть предпочтительными для небольших кластеров. Однако ахиллесова пята икосаэдрической кластеризации заключается в том, что она не может заполнять пространство на больших расстояниях трансляционно-упорядоченным образом, поэтому происходит некоторое искажение положений атомов, то есть упругая деформация. [4] Де Вит отметил, что их можно рассматривать с точки зрения дисклинаций , [5] этот подход позже был расширен Иоффе до 3D. [6] Форма также не всегда соответствует форме простого икосаэдра, [3] и в настоящее время существует несколько программных кодов, которые позволяют легко вычислить форму. [7] [8]
При больших размерах энергия искажения становится больше, чем прирост поверхностной энергии, и объемные материалы (т.е. достаточно большие кластеры) обычно возвращаются к одной из кристаллических конфигураций плотной упаковки. В принципе, они превратятся в простой монокристалл с формой конструкции Вульфа [9] . Размер, когда они становятся менее энергетически стабильными, обычно находится в диапазоне 10-30 нанометров в диаметре [10] , но не всегда случается, что форма меняется и частицы могут вырасти до миллиметровых размеров.
Икосаэдрическое двойникование наблюдалось в гранецентрированных кубических металлических наночастицах, которые зародились: (i) путем испарения на поверхности, (ii) из раствора и (iii) путем восстановления в полимерной матрице.
Квазикристаллы представляют собой недвойниковые структуры с большой вращательной, но не поступательной периодичностью, которую некоторые первоначально пытались объяснить икосаэдрическим двойникованием. [11] Квазикристаллы обычно образуются только тогда, когда композиционный состав (например, из двух разнородных металлов, таких как титан и марганец) служит антагонистом образованию одной из наиболее распространенных плотноупакованных форм, заполняющих пространство.
