A diferencia de los cristales clásicos, los cuasicristales no comprenden unidades periódicas, a pesar de que tienen una estructura superior. La formación de los mosaicos fascinantes que producen apenas se comprende. En el contexto de un esfuerzo de colaboración internacional, los investigadores de la Universidad Técnica deMunich TUM ha presentado una metodología que permite la producción de cuasicristales bidimensionales a partir de redes metal-orgánicas, abriendo la puerta al desarrollo de nuevos materiales prometedores.
El físico Daniel Shechtman simplemente dejó tres signos de interrogación en su diario de laboratorio, cuando vio los resultados de su último experimento un día en 1982. Estaba mirando un patrón cristalino que se consideraba imposible en ese momento. Según el principio canónicodel día, los cristales siempre tuvieron la llamada simetría traslacional. Comprenden una sola unidad básica, la llamada célula elemental, que se repite exactamente en la misma forma en todas las direcciones espaciales.
Aunque el patrón de Shechtman contenía simetría global, los bloques de construcción individuales no podían mapearse entre sí simplemente por traducción. Se había descubierto el primer cuasicristal. A pesar de las críticas parcialmente duras de colegas de buena reputación, Shechtman se mantuvo firme con su nuevo concepto yrevolucionó así la comprensión científica de los cristales y los cuerpos sólidos. En 2011 recibió el Premio Nobel de Química. Hasta el día de hoy, tanto las condiciones básicas como los mecanismos por los cuales se forman estas fascinantes estructuras permanecen en gran parte envueltos en misterio.
Una caja de herramientas para cuasicristales
ahora un grupo de científicos dirigido por Wilhelm Auwärter y Johannes Barth, ambos profesores en el Departamento de Física de Superficie en TU Munich, en colaboración con la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong HKUST, Prof. Nian Lin, et al y elEl instituto de investigación español IMDEA Nanociencia Dr. David Écija ha desarrollado una nueva base para producir cuasicristales bidimensionales, lo que podría acercarlos mucho más a comprender estos patrones peculiares.
El candidato a doctorado de TUM, José Ignacio Urgel, realizó las mediciones pioneras en el curso de una beca de investigación en HKUST. "Ahora tenemos un nuevo conjunto de bloques de construcción que podemos usar para ensamblar muchas estructuras cuasicristalinas nuevas. Esta diversidad nos permiteinvestigar cómo se forman los cuasicristales ", explican los físicos de TUM.
Los investigadores lograron vincular el europio, un átomo de metal en la serie de los lantánidos, con compuestos orgánicos, construyendo así un cuasicristal bidimensional que incluso tiene el potencial de extenderse a un cuasicristal tridimensional. Hasta la fecha, los científicoshan logrado producir muchas estructuras periódicas y en parte muy complejas a partir de redes metal-orgánicas, pero nunca un cuasicristal.
Los investigadores también pudieron dilucidar completamente la nueva geometría de la red en una resolución incomparable utilizando un microscopio de túnel de exploración. Encontraron un mosaico de cuatro elementos básicos diferentes que comprenden triángulos y rectángulos distribuidos irregularmente en un sustrato. Algunos de estos elementos básicos se ensamblaron paradodecagones regulares que, sin embargo, no pueden mapearse entre sí mediante traducción paralela. El resultado es un patrón complejo, una pequeña obra de arte a nivel atómico con simetría dodecagonal.
interesantes propiedades ópticas y magnéticas
En su trabajo futuro, los investigadores planean variar las interacciones entre los centros metálicos y los compuestos adjuntos utilizando simulación por computadora y experimentos para comprender las condiciones bajo las cuales se forman los cuasicristales bidimensionales. Esta información podría facilitar el desarrollo futuro denuevas capas cuasicristalinas a medida.
Este tipo de materiales son muy prometedores. Después de todo, las nuevas redes cuasicristalinas organometálicas pueden tener propiedades que los hacen interesantes en una amplia variedad de aplicaciones ". Hemos descubierto un nuevo campo de juego en el que no solo podemos investigar la cuasicristalina, pero también crea nuevas funcionalidades, especialmente en los campos de la óptica y el magnetismo ", dice el Dr. David Écija de IMDEA Nanociencia.
Por un lado, los científicos podrían algún día usar la nueva metodología para crear recubrimientos cuasicristalinos que influyan en los fotones de tal manera que se transmitan mejor o que solo ciertas longitudes de onda puedan pasar a través del material.
Además, las interacciones de los bloques de construcción de lantánidos en los nuevos cuasicristales podrían facilitar el desarrollo de sistemas magnéticos con propiedades muy especiales, los llamados "sistemas frustrados". Aquí, los átomos individuales en una rejilla cristalina interfieren entre sí enuna manera que evita que los puntos de la red alcancen un estado de energía mínimo. El resultado: estados de tierra magnéticos exóticos que pueden investigarse como almacenes de información para futuras computadoras cuánticas.
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Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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