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El patrón ordenado aunque no estándar del cuasicristal es revelado por un haz de electrones. Imagen: Paul Steinhardt et al. Fuente: Princeton University.
Los cuasicristales son estructuras cristalinas cuyos átomos se organizan siguiendo unos patrones que no son periódicos, pero sí regulares.
Para entender la diferencia entre los cristales y los cuasicristales imaginemos un suelo de baldosas. Si estas son hexagonales, todas ellas podrán encajarse perfectamente para cubrir el suelo (algo similar a lo que sucede con las estructuras que forman los átomos de los cristales); pero si las baldosas son pentágonos y decágonos que se juntan, surgirán huecos entre los azulejos (esto se asemejaría a la estructura con que se organizan los átomos de los cuasicristales).
Los cuasicristales han sido a menudo asimilados a los mosaicos árabes, esos elementos decorativos característicos de la arquitectura medieval en el mundo islámico que reúnen figuras que son similares, sin repetir nunca una sola de ellas.
Sin embargo, hasta hace muy poco, se creía que las matemáticas utilizadas para concebir estos mosaicos eran tan complejas que no podían existir en el mundo natural. También que estructuras como estas resultarían demasiado frágiles e inestables como para llegar a formarse por procesos naturales (en laboratorio, en cambio, se logró sintetizar cuasicristales por primera vez en 1982. Lo hizo el investigador israelí Daniel Shechtman, que fue galardonado por ello con el Premio Nobel de Química en 2011).
Pero en 2009, llegó la sorpresa: Se encontró, en un meteorito de 4,5 mil millones de años, una primera muestra de un cuasicristal de origen natural. El descubrimiento fue realizado en Chukotka, una región del extremo oriente de Rusia.
Para entender la diferencia entre los cristales y los cuasicristales imaginemos un suelo de baldosas. Si estas son hexagonales, todas ellas podrán encajarse perfectamente para cubrir el suelo (algo similar a lo que sucede con las estructuras que forman los átomos de los cristales); pero si las baldosas son pentágonos y decágonos que se juntan, surgirán huecos entre los azulejos (esto se asemejaría a la estructura con que se organizan los átomos de los cuasicristales).
Los cuasicristales han sido a menudo asimilados a los mosaicos árabes, esos elementos decorativos característicos de la arquitectura medieval en el mundo islámico que reúnen figuras que son similares, sin repetir nunca una sola de ellas.
Sin embargo, hasta hace muy poco, se creía que las matemáticas utilizadas para concebir estos mosaicos eran tan complejas que no podían existir en el mundo natural. También que estructuras como estas resultarían demasiado frágiles e inestables como para llegar a formarse por procesos naturales (en laboratorio, en cambio, se logró sintetizar cuasicristales por primera vez en 1982. Lo hizo el investigador israelí Daniel Shechtman, que fue galardonado por ello con el Premio Nobel de Química en 2011).
Pero en 2009, llegó la sorpresa: Se encontró, en un meteorito de 4,5 mil millones de años, una primera muestra de un cuasicristal de origen natural. El descubrimiento fue realizado en Chukotka, una región del extremo oriente de Rusia.
La expedición de 2012
Tres años más tarde, en 2012, los científicos Paul J Steinhardt (Princeton University, Estados Unidos) y Luca Bindi (de la Università degli Studi di Firenze, Italia) realizaron una expedición a esa misma región, situada 230 kilómetros hacia el interior de las Montañas Koryak.
En ella participaron diez investigadores, dos conductores y un cocinero. El objetivo era cribar una tonelada y media de sedimentos a mano y analizar los ríos y montañas locales en busca de respuestas sobre el cuasicristal encontrado, explicaron los científicos en un artículo publicado en Reports on Progress in Physics.
Este trabajo permitió encontrar evidencias convincentes de que aquel primer cuasicristal natural encontrado era de origen extraterrestre: había llegado a la Tierra desde el espacio exterior, en un meteorito.
Ahora, se ha logrado además determinar que en ese mismo meteorito (del tipo condrito carbonáceo CV3) también había un segundo cuasicristal natural, informa la Princeton University en un comunicado difundido por Eurekalert!
Tres años más tarde, en 2012, los científicos Paul J Steinhardt (Princeton University, Estados Unidos) y Luca Bindi (de la Università degli Studi di Firenze, Italia) realizaron una expedición a esa misma región, situada 230 kilómetros hacia el interior de las Montañas Koryak.
En ella participaron diez investigadores, dos conductores y un cocinero. El objetivo era cribar una tonelada y media de sedimentos a mano y analizar los ríos y montañas locales en busca de respuestas sobre el cuasicristal encontrado, explicaron los científicos en un artículo publicado en Reports on Progress in Physics.
Este trabajo permitió encontrar evidencias convincentes de que aquel primer cuasicristal natural encontrado era de origen extraterrestre: había llegado a la Tierra desde el espacio exterior, en un meteorito.
Ahora, se ha logrado además determinar que en ese mismo meteorito (del tipo condrito carbonáceo CV3) también había un segundo cuasicristal natural, informa la Princeton University en un comunicado difundido por Eurekalert!
La imagen superior muestra la simetría del primer cuasicristal natural hallado. La imagen inferior muestra la simetría del cuasicristal recientemente descubierto, que aún no ha sido nombrado. Fuente: Princeton University.
Características del nuevo cuasicristal
Este nuevo cuasicristal –que aún no ha sido bautizado- presenta una estructura que se asemeja a la de discos de 10 caras apilados en una columna (este tipo de estructura es imposible en cristales ordinarios, en los que los átomos están muy juntos, de una manera repetida y ordenada).
Por otra parte, está compuesto de aluminio, níquel y hierro,
elementos que normalmente no se encuentran juntos porque el aluminio se une rápidamente al oxígeno, bloqueando así la unión del níquel al hierro.
Los investigadores estudian ahora cómo se formó: "Sabemos que hubo un impacto de un meteorito, y que la temperatura era de alrededor de 1.000 y 1.200 grados Kelvin y la presión cien mil veces mayor que la presión atmosférica. Pero estos datos no son suficientes como para conocer todos los detalles", explican.
Por otro lado, señalan que, "nos gustaría saber si la formación de los cuasicristales es rara o bastante frecuente, cómo se produce, y si podría ocurrir en otros sistemas solares. Lo que descubramos a este respecto podría responder a preguntas básicas sobre los materiales que se encuentran en nuestro universo".
Mientras llegan estas respuestas, Steinhardt y Bindi consideran ya probado que los cuasicristales sí se forman en la naturaleza. También que son estables, incluso en escalas cósmicas de tiempo.
Aplicaciones
Como los cuasicristales son muy duros, tienen baja fricción y no conducen muy bien el calor, son considerados buenos candidatos para la fabricación de recubrimientos protectores de artículos que van desde aviones a utensilios antiadherentes de cocina.
De hecho, en laboratorio se han creado ya más de un centenar de cuasicristales artificiales, que han sido usados en diversas aplicaciones, desde sartenes antiadherentes hasta cojinetes y cuchillas de afeitar.
Este nuevo cuasicristal –que aún no ha sido bautizado- presenta una estructura que se asemeja a la de discos de 10 caras apilados en una columna (este tipo de estructura es imposible en cristales ordinarios, en los que los átomos están muy juntos, de una manera repetida y ordenada).
Por otra parte, está compuesto de aluminio, níquel y hierro,
elementos que normalmente no se encuentran juntos porque el aluminio se une rápidamente al oxígeno, bloqueando así la unión del níquel al hierro.
Los investigadores estudian ahora cómo se formó: "Sabemos que hubo un impacto de un meteorito, y que la temperatura era de alrededor de 1.000 y 1.200 grados Kelvin y la presión cien mil veces mayor que la presión atmosférica. Pero estos datos no son suficientes como para conocer todos los detalles", explican.
Por otro lado, señalan que, "nos gustaría saber si la formación de los cuasicristales es rara o bastante frecuente, cómo se produce, y si podría ocurrir en otros sistemas solares. Lo que descubramos a este respecto podría responder a preguntas básicas sobre los materiales que se encuentran en nuestro universo".
Mientras llegan estas respuestas, Steinhardt y Bindi consideran ya probado que los cuasicristales sí se forman en la naturaleza. También que son estables, incluso en escalas cósmicas de tiempo.
Aplicaciones
Como los cuasicristales son muy duros, tienen baja fricción y no conducen muy bien el calor, son considerados buenos candidatos para la fabricación de recubrimientos protectores de artículos que van desde aviones a utensilios antiadherentes de cocina.
De hecho, en laboratorio se han creado ya más de un centenar de cuasicristales artificiales, que han sido usados en diversas aplicaciones, desde sartenes antiadherentes hasta cojinetes y cuchillas de afeitar.
Referencia bibliográfica:
Luca Bindi, Nan Yao, Chaney Lin, Lincoln S. Hollister, Christopher L. Andronicos, Vadim V. Distler, Michael P. Eddy, Alexander Kostin, Valery Kryachko, Glenn J. MacPherson, William M. Steinhardt, Marina Yudovskaya, Paul J. Steinhardt. Natural quasicrystal with decagonal symmetry. Scientific Reports (2015). DOI: 10.1038/srep09111.
Luca Bindi, Nan Yao, Chaney Lin, Lincoln S. Hollister, Christopher L. Andronicos, Vadim V. Distler, Michael P. Eddy, Alexander Kostin, Valery Kryachko, Glenn J. MacPherson, William M. Steinhardt, Marina Yudovskaya, Paul J. Steinhardt. Natural quasicrystal with decagonal symmetry. Scientific Reports (2015). DOI: 10.1038/srep09111.
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Los electrones abren un nuevo mundo a la física cuántica
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