Las imágenes de miles de diminutas esferas de metal colocadas moviéndose en una bandeja poco profunda han revelado una disposición de partículas que alguna vez se consideró imposible.
Un equipo de físicos de la Universidad de Paris-Saclay en Francia ha observado una combinación inusual de orden y caos conocida como ‘cuasicristal’ que emerge espontáneamente en un material granular en una escala milimétrica por primera vez.
Si en el orden hay belleza, los cristales son la manifestación misma de la elegancia y la atracción.
Los cuasicristales, por otro lado, son los extraños hermanos que los científicos negaron que existieran durante mucho tiempo.
Luego, a principios de la década de 1980
Era un pseudo-cristal… un material que rompe las reglas de la simetría que se cree que restringe la disposición solidificada de los átomos como cristales o revoltijos.
Desde entonces, los cuasicristales han aparecido en una variedad de lugares, desde el laboratorio hasta el campo y los cielos. Aunque todavía está lejos de ser común, es una estructura que no está tan prohibida como alguna vez pensaron los físicos, formándose espontáneamente a partir de partículas en una variedad de escalas, incluso entre objetos que se reorganizan fácilmente con una sacudida.
Esto plantea algunas preguntas interesantes sobre los límites del tamaño de las partículas y las condiciones bajo las cuales los tipos correctos de material podrían autoensamblarse en un patrón cuasicristalino.
Comenzando con simulaciones por computadora, los investigadores identificaron una relación de tamaños de esfera y una proporción de partículas pequeñas a grandes, formando una mezcla que podría caer en arreglos que reflejan una simetría de cuasicristal de largo alcance.
Esto se utilizó como base de un experimento que combinó 3.840 esferas de acero no magnético de dos diámetros diferentes, uno de poco menos de 2,4 milímetros, el otro de la mitad de ese tamaño, en un recipiente poco profundo.
Configurado para vibrar a una velocidad de 120 veces por segundo, no había mucho más que hacer que filmar el temblor usando una configuración que mapea los arreglos 2D de las partículas.
Después de una semana de empujones, los investigadores tenían una buena medida de la aparición de configuraciones pequeñas y localizadas de cuentas de metal pequeñas y grandes, y las formas en que estos ‘mosaicos’ se repetían con el tiempo y en todo el contenedor.
“Parece surgir una imagen interesante”, señalan los investigadores en su informe, que actualmente se encuentra en el servidor de preimpresión. arXiv.comen espera de revisión por pares.
“Los mosaicos de las formas deseadas se forman muy rápidamente, probablemente como consecuencia de su eficiente empaquetamiento local. Sin embargo, la alineación global requiere muchos más reordenamientos colectivos que parecen ser eventos raros”.
Encontrar cuasicristales formados de manera similar en sistemas pequeños, a escala atómica y más granulares, a escala milimétrica es algo que el equipo no esperaba. De hecho, según el autor principal del estudio, el físico teórico Giuseppe Foffi, todo el experimento comenzó como una especie de apuesta.
“Esto nació como una apuesta con un colega que dijo que no funcionaría, pero yo dije por qué no intentarlo, podría ser interesante”, Foffi dijo Nuevo científico Karmela Padavic-Callaghan.
Con su simetría inusual y patrones peculiares a largas distancias, los cuasicristales podría tener una variedad de aplicaciones en aislamiento y electrónica.
Puede que no tengan el aspecto perfecto de un cristal, pero el hermano torpe definitivamente tiene un encanto propio.
Esta investigación fue publicada el arXiv.