Han pasado casi cuatro décadas desde que Dan Shechtman se propuso convencer a la comunidad científica de un descubrimiento que para el momento se consideraba imposible: un material llamado cuasicristal.

Los cuasicristales son un tipo de materia que no debería existir: rompen las reglas acerca de cómo los átomos pueden organizarse en sólidos. A diferencia de los cristales regulares, cuyos átomos se ensamblan en patrones repetitivos, las partículas de cuasicristales se ordenan pero no son periódicas, sus disposiciones nunca se repiten.

Esta técnica podría acelerar la producción y el descubrimiento de nuevos fármacos

Unidad estructural

Cuando Shechtman descubrió los cuasicristales a principios de la década de 1980, la idea de tales cristales no periódicos era tan escandalosa que muchos científicos negaron su existencia. A Shechtman, quien más tarde recibió el Premio Nobel por su trabajo, le llevó varios años convencer a la comunidad científica de que eran reales.

La investigación demostró que los bloques de construcción de nanopartículas especiales se pueden ensamblar en un enrejado cuasicristalino.

Hoy en día, los cuasicristales se han convertido en parte del vocabulario de la ciencia. La mayoría son aleaciones metálicas, como la icosaedrita de aluminio, cobre y hierro, y todas tienen al menos dos ingredientes. Pero en el año 2009, las simulaciones por computadora indicaron que también podrían existir cuasicristales de un solo componente.

Ahora, investigadores de la Universidad de Brown han creado el primer cuasicristal de un componente de este tipo a partir de nanopartículas tetraédricas. Las partículas están hechas de wurtzita (sulfuro de hierro y zinc) cubierta con ácido oleico en tres lados y con ácido octadecilfosfónico en los lados restantes.

Flotando sobre el etilenglicol, las nanopartículas se auto-organizan en un entramado con decagones, polígonos de 10 lados, como la unidad estructural primaria. Dicha simetría rotacional de 10 veces sólo es posible observarla en los cuasicristales.

Los investigadores demostraron cómo los decagones en nanopartículas flexionaban sus bordes para encajar en una red cuasi cristalina.

Los investigadores explican que lo que hace posible la red cuasicristalina son los bordes blandos de las nanopartículas. Esta particularidad les permite formar polígonos más pequeños de cinco a nueve lados, que llenan los espacios entre los decagones.

Esta regla de mosaico de polígonos flexible, puntualizan los investigadores, podría ayudar a otros a crear cuasicristales de un sólo componente.

Predicho hace años, ahora demostrado

Imagen de microscopio electrónico de transmisión del entramado cuasicristalino compuesta por un solo componente de nanopartículas.

El investigador Ou Chen, académico en el Departamento de Química de la Universidad de Brown y autor principal del hallazgo, comentó:

“Estos entramados de cristales de un solo componente se predijeron matemáticamente y en simulaciones por computadora, pero no se habían demostrado antes de esto. Se trata de un tipo fundamentalmente nuevo de cuasicristal, y hemos podido averiguar las reglas para hacerlo, lo que será útil en el estudio continuo de las estructuras de cuasicristales”.

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Hoy en día, esta familia de cuasicristales no sólo se considera un hecho, sino que es un tipo de material potencialmente muy útil.

La mayoría de las aplicaciones apuntan a recubrimientos antiadherentes o anticorrosivos para diversos instrumentos, pero los avances recientes encontraron que los cuasicristales pueden manipular la luz para crear formas avanzadas de camuflaje.

Referencia: Single-component quasicrystalline nanocrystal superlattices through flexible polygon tiling rule. Science, 2018. https://doi.org/10.1126/science.aav0790

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