Bilim insanları doğayı gözler,görüp öğrendiklerini bir model şeklini sokar,sonra da bunları her zaman ve her yerde geçerli olacak kurallar halini getirir.Sanatkar da doğayı gözler,duygularının önderliğinde görüp algıladıklarını kendi kaleminden,kendi fırçasından herkese yansıtmaya çalışır.Böylece doğa,bilim ve sanatı besler.
Bu fikirler,bilim ve sanatın birçok,belki de her dalı için geçerlidir.
Ancak bazı dallarda bu bağ çok belirgindir.Katı hali oluşturan atomların nasıl ve ne şekil sıralandıkları ve bu sıralın nasıl bir düzen ortaya çıkardıkları,kristalografi bilim dalının uğraşısıdır.
Ortaya çıkan şekiller mimariyi,mimari süsleri,mimarideki geometrik düzenleri anımsatır.
İnsan resmi yapmayı yasaklayan toplumların yüzyıllar önce yarattıkları sanat şaheserleri,ancak son yıllarda kristalograflar tarafından tekrar keşfedilmiş durumdadır.Bu olgu,sanatın bilimden çok daha önce doruğa kavuşabileceğini kanıtlamaktadır.
Bütün cisimler atomlardan oluşur;cisimlerin makroskobik özellerini bu atomların farklılıkları saptar.Örneğin kurşun çok ağır,demir manyetik,brom ise pis kokuludur.Ancak cinslerinin yanı sıra,atomların dağılımları ve sıralanışları da cisimlerin elle tutulur,gözle görülür bütün özelliklerini dolaysız ve etkin bir şekilde değiştirir.Atomlar,sıcaklık arttıkça yerlerinde duramaz,hareket eder.Sonunda katı cisim eriyiverir,atomlarda düzenli örgünün öngördüğü yerlerden saparlar.Sıvıyı soğuttuğumuz zaman,atomlar tekrar eski yerlerini alabilir ve kristali oluştururlar.Bu kristal örgü ilkinden farklı ise maddenin özellikleri de farklı olur.
Farklı yapılarda rastlanan farklı özelliklere örnek vermek üzere karbon atomlarını inceleyelim.Karbon atomları,aralarında dörtlü bağlar yaparak elmas dediğimiz yapıyı oluşturur.
Elmas sert,elektrik akımını yalıtan,şeffaf bir cisimdir.Aynı atomlardan oluşan grafit ise yumuşak ve siyah renkli bir ametaldir.Karbon atomları,aralarında grafiti oluşturmak üzere tabakalar halinde birleşir.Bu tabakalar da zayıf kuvvetlerle birbirine bağlanır.Elmas doğada ender bulunur ve pahalıdır,grafitin ise ancak teknolojik değeri vardır.Elmasın bağ yapan elektronlarını bir atomdan diğerine akım geçirmek üzere hareket ettirmek çok enerji gerektirir.Grafitte bu elektronlar özellikle tabakalar içinde kendiliğinden hareket ederler.Bu cisimlerin elektronik özellikleri birbirinden çok farklıdır.Bu farklılığın tek sorumlusu da atomların kristal örgüde farklı dizilmeleridir.
Bu örnekten aldığımız ders,atomların geometrik dizilmelerindeki düzenlerini değiştirerek elektronik özelliklerini çarpıcı bir şekilde etkileyebilmemizdir.Son yıllarda grafit ve elmasının yanı sıra,60 atomdan oluşan karbon kümeleri bulunmuştur.Bunlar,yalın ve ya diğer başka bir atomla yüklü olarak elmas ve grafitten çok daha farklı ilginç özellikler göstermektedirler.
Katı hal fiziğinin yoğun bir uğraşısı,cisimlerin makroskobik özellikleri ile atomlarının dağılımları arasındaki bağıntıyı bulmak,atomların dağılımlarını değiştirip cisimlerin özelliklerini etkilemektedir.
Hedef,cismin atom dağılımı saptayıp bundan cismin özelliklerini öğrenmek ve hatta cismin aranan bir özelliğe kavuşabilmesi için atomların yerlerini değiştirebilmektir.
Cisimler,dış dünya ile yüzeyleri aracılığıyla etkileşirler;bir çok olay ve süreç ancak yüzeyde gerçekleşir.Kataliz,oksitlenme,sürtünme bunlardan ancak bir kaçıdır.
Dolayısıyla yüzey özelliklerini saptamak ve yüzeylerin davranışlarını etkileyebilmek de ancak yüzey atom dağılımlarını araştırıp öğrenmekle gerçekleşebilir.
