在自然界的晶體中，原子以重復(fù)的樣式排列，不同的化合物也許會(huì)出現(xiàn)不同的排列方式，但都是簡單的平移重復(fù)而已。下面是幾張來自晶體中的圖案模型。在圖a中，我們可以看到每個(gè)原子被其他三個(gè)相同的原子包圍，形成了一個(gè)單位樣式，這稱為三重對稱，因?yàn)槿绻哑渲兄谎刂矫孓D(zhuǎn)過120度，將與另一個(gè)發(fā)生重疊。而在四重對稱（圖b）中，轉(zhuǎn)過90度后可得相同圖形，在六重對稱（圖c）中，轉(zhuǎn)過60度可得相同圖形。

但無論如何，五重對稱（圖d）卻不可能得到，因?yàn)槠渲性娱g的距離長短不一，這個(gè)樣式無法實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)對稱，由此很容易就充分證明了在晶體中找不到五重對稱，依此，七重對稱或者更高重的對稱都是找不到的。

所以，早期晶體學(xué)家們都根深蒂固地認(rèn)為，五重或七重以上的對稱不符合自然規(guī)律。

然而，1982年4月的那個(gè)早晨，以色列理工學(xué)院的Daniel Shechtman 卻發(fā)現(xiàn)在他電子顯微鏡下面，一個(gè)衍射圖案可以安然轉(zhuǎn)過圓周的1/10（也就是36度）依舊得到原來樣式，也就是說，發(fā)現(xiàn)了十重對稱！很快，他又從鋁錳合金中找到了五重對稱的圖案。在那個(gè)時(shí)期，這項(xiàng)工作絕對是顛覆性的了，以至于相關(guān)論文1984年夏天被 Journal of Applied Physics 斷然拒掉。還好， Physical Review Letters 沒做同樣的武斷之事，隨后就發(fā)表了他的文章。Shechtman發(fā)現(xiàn)的固體形態(tài)被命名為準(zhǔn)晶（quasicrystal），以示與傳統(tǒng)晶體的區(qū)別，并被認(rèn)為是介于晶體和非晶體之間的一種形態(tài)。

事實(shí)上，無獨(dú)有偶，同一時(shí)期的數(shù)學(xué)家們已為他做好了理論鋪墊，英國人彭羅斯（Roger Penrose）差不多同一時(shí)期便在前人工作基礎(chǔ)上提出了一種以兩種形狀的拼圖鋪滿平面的解決方案。對于Shechtman的準(zhǔn)晶體衍射圖案和彭羅斯的鑲嵌瓷磚來說，都有一個(gè)迷人的性質(zhì)，就是在它們的形態(tài)中隱藏著美妙的數(shù)學(xué)常數(shù)τ，亦即黃金分割數(shù)1.618……。彭羅斯瓷磚以一胖一瘦兩種菱形（內(nèi)角分別為72度、108度和36度、144度）鑲拼而成，兩種菱形的數(shù)量之比正好是τ；同樣的，在準(zhǔn)晶中，原子之間的距離之比也往往趨近于這個(gè)值。

黃金分割數(shù)的概念早在13世紀(jì)就已經(jīng)有人描述，它來自著名的斐波那契數(shù)列（1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144）,這個(gè)數(shù)列越往后，兩個(gè)相鄰數(shù)字的比值就越接近τ。在自然界中，這個(gè)數(shù)值和一些事物的生長形態(tài)有著神奇的聯(lián)系，比如我們熟悉的向日葵盤，種子的分布就是以由黃金分割角發(fā)散呈現(xiàn)的，還有海螺的生長線也遵循了這一規(guī)律。

如今在鈷、鐵、鎳等金屬的鋁合金中，準(zhǔn)晶已經(jīng)成為了一種見怪不怪的結(jié)構(gòu)，有趣是，準(zhǔn)晶出自合金，本身卻是電的不良導(dǎo)體。它的其他特點(diǎn)包括：磁性較強(qiáng)，在高溫下也比晶體更有彈性，十分堅(jiān)硬，抗變形能力也很強(qiáng)，因此可以作為商用價(jià)值很好的表面涂層。目前世界上準(zhǔn)晶的研究十分活躍，在法國、德國、日本和美國都有，預(yù)計(jì)在未來幾年中，它的低摩擦、耐腐蝕、耐熱性和非粘性會(huì)進(jìn)一步被開發(fā)利用于材料領(lǐng)域，有人也在鋁基體中嵌入了硬納米準(zhǔn)晶，去發(fā)掘它的更多性能。準(zhǔn)晶甚至對于高維空間的探索也有其特殊的模型功用，哈佛大學(xué)理論物理學(xué)家、美女教授麗莎•蘭道爾（Lisa Randall）在其科普書《彎曲的旅行》中就曾寫道：帶有準(zhǔn)晶體鍍層的鍋之所以不粘，正是利用了準(zhǔn)晶體與常見食物的結(jié)構(gòu)差異，鍋里鍍層大高維晶體投影與常見食物的三維平凡結(jié)構(gòu)是有差異的，原子排列的不同使得它們不會(huì)粘連在一起。

關(guān)于準(zhǔn)晶的研究方興未艾，比如說光子準(zhǔn)晶，它是以準(zhǔn)周期形式排列的，和光子晶體具有相似的性質(zhì)（如各向同性的帶隙），可用于建造微型光學(xué)元件。

在理論上，有三種準(zhǔn)晶模型。第一種即是彭羅斯模型，是由彭羅斯以及賓夕法尼亞大學(xué)的兩位科學(xué)家Dov Levine和Paul J. Steinhardt提出的，該模型中兩種或兩種以上的晶胞以特定規(guī)則拼接在一起鋪滿平面；第二種是玻璃模型，由美國物理學(xué)家Peter W. Stephens和Alan J. Goldman提出，在這種模型中原子簇可以較為隨機(jī)地加入交互形成；第三種是隨機(jī)平鋪模型，它結(jié)合了前兩種的特點(diǎn)，即彭羅斯模型中的規(guī)則不必被嚴(yán)格執(zhí)行，只要結(jié)構(gòu)中并沒有出現(xiàn)間隙，晶胞自行加以組合即可。

由于準(zhǔn)晶具有美妙絕倫的幾何視覺效果，它對藝術(shù)和建筑界的啟發(fā)也比比皆是，下圖是日本藝術(shù)家Akio HIZUME利用510根小木桿做出來的準(zhǔn)晶模型，叫做MU-MAGARI。