Imagen: Richard Hennigan / YouTube

El descubrimiento de los cuasicristales le valió el premio Nobel al científico israelí Daniel Shechtman. Pero estas estructuras eran consideradas imposibles por la cristalografía, así que tardaron 30 años en reconocerle el hallazgo. Los cuasicristales existen, y ahora sabemos cómo se forman en la naturaleza.

Según un estudio publicado este lunes por la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, si sometemos determinados elementos raros al impacto de un choque extremadamente potente podemos producirlos. Los investigadores de Caltech creen que los cuasicristales naturales se formaron en cuerpos rocosos del cinturón de asteroides y después cayeron en la Tierra como meteoritos.

¿Por qué son tan especiales? Su misma definición es fascinante. Como si se tratara de un mosaico de la Alhambra, las estructuras atómicas del cuasicristal forman un patrón regular que nunca se repite a sí mismo. Mientras que los cristales pueden poseer ejes de simetría de orden 2, 3, 4, y 6, los cuasicristales muestran simetrías diferentes, por ejemplo de orden 5. Este concepto viola uno de los principios clásicos de la cristalografía y crea una nueva clase en medio de las dos grandes categorías de la materia sólida: el cristal, con sus átomos dispuestos en orden, y la materia amorfa, totalmente desordenada.

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Daniel Shechtman tuvo que soportar las burlas de sus compañeros, pero acabó vindicando sus ideas. Así relata el solitario descubrimiento de los cuasicristales, un momento que cambiaría su carrera:

Estaba analizando una aleación de aluminio y manganeso a través de un microscopio electrónico cuando sucedió algo muy extraño e imprevisto. El patrón de difracción mostraba 10 puntos brillantes, igualmente espaciados del centro y entre sí. Los conté y repetí la cuenta otra vez, diciéndome: ¡este bicho no existe! Entonces salí al pasillo para compartirlo, pero ahí no había nadie.

Según las reglas de la cristalografía formuladas en 1820, los cristales dibujan patrones periódicos que se repiten una y otra vez como en un panal de abejas. En los cuasicristales, en cambio, hay pequeñas variaciones entre las moléculas vecinas, y —al mismo tiempo— siguen unas reglas matemáticas similares al número áureo. La relación entre las distancias de los átomos de los cuasicristales está relacionada con ese “número áureo”. Los átomos se disponen en el espacio según una distribución cuasiperiódica, de ahí el nombre.

La controversia desapareció en 2007. Un físico de Princeton llamado Paul Steinhardt encontró un cuasicristal de origen natural en un museo de rocas. Provenía de un antiguo meteorito que cayó en Rusia. ¡Los cuasicristales son formaciones extraterrestres! Tras estudiar la roca, Steinhardt descubrió que había recibido una paliza antes incluso de impactar en la Tierra y se preguntó si las altas presiones de un choque podrían tener que ver con la estructura.

Esa idea hizo posible la investigación de Paul Asimow y sus colegas de Caltech. Para el experimento, los investigadores partieron de una aleación de cobre y aluminio, un material similar a la icosahedrita hallada en el meteorito. Colocaron la muestra dentro de una cámara de tantalio y le dispararon un proyectil para generar una presión equivalente a 200.000 atmósferas.

Voilà! Cuando analizaron la muestra (ahora de cobre, aluminio y hierro) descubrieron el inconfundible patrón de un cuasicristal. “Especulábamos sobre si el choque sería el ingrediente mágico que necesitábamos, y funcionó a la primera”, explica Asimow. El descubrimiento sugiere que los cuasicristales no son tan raros si partimos de los ingredientes necesarios y un brutal impacto.

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Aunque seguimos conociéndonos, los cuasicristales han cobrado una gran importancia por sus posibles aplicaciones en la industria y su valor científico: estudiarlos nos ayuda a comprender las leyes que controlan el crecimiento y la estructura de la materia sólida. [PNAS]


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