Finalmente entendemos por qué pueden existir cuasicristales

Los cuasicristales son raros y extraños, pero los investigadores ahora han demostrado que pueden ser la configuración más estable para algunos átomos, y por qué pueden existir en absoluto.

En cristales, se forman átomos cuadrículas predeciblesque los hacen muy estables. En el vidrio, tanto el tipo ordinario que constituye gafas para beber como gafas más exóticas como la obsidiana formada en los volcanes, los átomos no siguen ningún orden. Las gafas son metaestables, por lo que un cambio en su entorno como la calefacción o las pequeñas impurezas de unos pocos átomos callejeros del elemento equivocado pueden hacer que se conviertan en un tipo diferente de asunto. Dado suficiente tiempo, cualquier cosa atómicamente lo suficientemente amorfa como para clasificarse como vidrio también eventualmente cristalizará.

Pero cuasicristales a horcajadas en el medio – su Los átomos se organizan en patronespero esos patrones nunca se repiten, y solo cómo permanecen estables han sido durante mucho tiempo un signo de interrogación.

Wenhao Sun en la Universidad de Michigan y sus colegas ahora han utilizado simulaciones de computadora avanzadas para encontrar la respuesta. Se centraron en dos cuasicristales conocidos, uno hecho de escandio y zinc y el otro de Ytterbium y cadmio, y simuló una serie de nanopartículas cuasicristales cada vez más grandes. En cada paso, calcularon la energía de los cuasicristales y la compararon con las energías que los átomos tendría en arreglos de cristal más convencionales.

Las leyes de la física dictan que la mayoría de los objetos estables están hechos de átomos cuya energía colectiva es lo más baja posible, y eso es exactamente lo que los investigadores encontraron: el cuasicristal extraño se favoreció sobre las estructuras atómicas más comunes porque la energía requerida para mantenerla era baja.

Sun dice que esto fue algo inesperado porque la comparación con el vidrio a menudo lleva a los físicos a Intuit que los cuasicristales deberían ser metaestables. Anteriormente eran difíciles de entender porque los métodos de simulación de vanguardia tienden a asumir arreglos perfectamente periódicos de los átomos, dice el miembro del equipo. Vikram Gavini en la Universidad de Michigan. Los investigadores utilizaron un enfoque computacional innovador, y sus simulaciones mostraron que crecientes cuasicristales en el laboratorio requeriría condiciones muy específicas, que no son inesperadas porque son rara vez se encuentra en la naturaleza.

“Los cuasicristales tienen propiedades vibratorias extraordinarias, que se vinculan con la conductividad del calor y los efectos termoeléctricos. Con el nuevo método podríamos estudiarlas”, dice Peter Brommer en la Universidad de Warwick en el Reino Unido. “Tal vez el próximo supermaterial se descubra no en un laboratorio sino en una computadora”.