Los violentos dedos de la electricidad que golpearon una duna de arena en Nebraska han dejado una configuración de cristal que rara vez se encuentra en la naturaleza.
Dentro de una pieza de fulgurita, o ‘rayo fosilizado’, creado por un poderoso rayo de electricidad que se desplaza hacia la arena y la fusiona, los científicos han encontrado un cuasicristal, una disposición de la materia que alguna vez se pensó que era imposible.
Este descubrimiento sugiere que existen vías de formación previamente desconocidas para los cuasicristales, lo que abre nuevas vías para su síntesis en el laboratorio.
“La investigación actual fue diseñada para explorar un posible mecanismo diferente inspirado en la naturaleza para generar cuasicristales: la descarga eléctrica”. escribir un equipo de investigadores dirigido por el geólogo Luca Bindi de la Universidad de Florencia en Italia en su artículo.
“El descubrimiento de un cuasicristal en una fulgurita con una simetría de 12 veces raramente observada y una composición no informada anteriormente indica que este enfoque también puede ser prometedor en el laboratorio”.
La mayoría de los sólidos cristalinos de la naturaleza, desde la humilde sal de mesa hasta los diamantes más duros, siguen el mismo patrón: sus átomos están dispuestos en una estructura reticular que se repite en el espacio tridimensional.
Sólidos que no tienen estas estructuras atómicas repetitivas: sólidos amorfos como el vidrio, son generalmente un desastre atómico, un revoltijo de átomos mezclados sin ton ni son.
Los cuasicristales rompen la regla: sus átomos están dispuestos en un patrón, pero ese patrón no se repite.
Cuando la idea de los cuasicristales surgió por primera vez en la década de 1980, se pensó que el concepto era imposible. Los sólidos pueden ser cristalinos o amorfos, no este extraño término medio. Pero luego los científicos los encontraron, tanto en el laboratorio como en la naturaleza, en lo profundo de los meteoritos.
Desde entonces, los científicos han determinado que los cuasicristales en la naturaleza solo pueden formarse en condiciones extremas, con choques, temperatura y presión increíblemente altos.
Los impactos de meteoritos a hipervelocidad son uno de esos escenarios; de hecho, durante mucho tiempo, fue el único entorno en el que se habían encontrado en la naturaleza y, por lo tanto, se pensó que posiblemente era el único lugar donde podrían ocurrir.
Luego, Bindi y su colega, el físico Paul Steinhardt de la Universidad de Princeton, junto con su equipo, encontraron un cuasicristal forjado durante una prueba de bomba nuclear en 1945. Aunque no eran exactamente condiciones “naturales”, el descubrimiento sugirió que podría haber otros entornos en los que los cuasicristales podría formar.
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Y, cuando golpea el suelo en el lugar correcto con suficiente potencia, puede derretir la arena, dejando atrás una fulgurita, un ‘fósil’ del camino que recorrió a través del suelo.
Todos los ingredientes están ahí: choque, temperatura y presión. Así que Bindi, Steinhardt y sus colegas se dedicaron a investigar las fulguritas en busca de cuasicristales.
Obtuvieron una muestra de fulgurita de la Región de Sandhills de Nebraska, recuperado de un sitio cercano a una línea eléctrica caída, y lo sometió a microscopía electrónica de barrido y microscopio de transmisión por electronespara determinar su composición química y estructura cristalina.
La muestra consistió en arena fundida y rastros de metal conductor fundido de la línea eléctrica. Dentro de él, los investigadores encontraron un cuasicristal dodecaédrico (de doce caras) con la composición Mn no reportada previamente.72.3Y15.6cr9.7Alabama1.8En0.6.
Los átomos en este cuasicristal formaron un patrón con una simetría de 12 veces, dispuestos en un orden cuasicristalino imposible en los cristales normales.
No está claro si los rayos o la línea eléctrica fueron los responsables de la electricidad que creó la fulgurita; sin embargo, según su análisis, el equipo determinó que la arena tuvo que haber sido calentada a por lo menos 1.710 grados Celsius (3.110 grados Fahrenheit) para crear la fulgurita.
Esto, dicen los investigadores, da pistas sobre cómo los científicos podrían crear cuasicristales en el laboratorio. Cuasicristales encontrados en un meteorito sugirió que la síntesis de choque podría ser una forma; Lightning ofrece nuevas posibilidades.
“El descubrimiento de un cuasicristal dodecagonal formado por un rayo o una línea eléctrica caída sugiere que los experimentos de descarga eléctrica pueden ser otro enfoque para agregar a nuestro arsenal de métodos de síntesis”. escriben en su papel.
Y el descubrimiento apunta a lo que antes se podía pasar por alto en las vías de formación de cuasicristales, tanto en la Tierra como más allá.
“Los resultados presentados aquí, junto con las abundancias de oligoelementos medidas en los cuasicristales naturales, abren la posibilidad de que la descarga eléctrica en la nebulosa solar temprana haya jugado un papel clave que no solo explica las condiciones de reducción requeridas sino que también promueve la formación de cuasicristales”.
La investigación ha sido publicada en PNAS.