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CUASICRISTALES
* Benítez Hernández Gisel Yurai
* Cuicas Vázquez Deyanira
* Robles López Karen Ytzel
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INTRODUCCIÓN
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El premio nobel de química
recién otorgado a Daniel
Shechtman, descubridor de
cuasicristales en 1982, cuando
encontró una aleación de Al y
Mn que tenia aparentemente
una simetría de orden 5,
prohibida por las matemáticas
hasta entonces
HISTORIA Otros descubrimientos con simetrías rotacionales de 8, 10 y 12 aristas
fueron encontradas después por Ranganathan, Bendersky, Nissen, Kuo, y
sus colaboradores. Estas aleaciones eran metaestables, transformadas
mediante tratamientos de calor sobre las mezclas cristalinas en equilibrio
de fases.
Otros cuasicristales que han sido descubiertos son las aleaciones de:
Al-Li-Cu
Al-Fe-Cu
Al-Ni-Co
Al-Cu-Co
Al-Pd-Mn.
Después de las inevitables controversias que se presentaron en un inicio,
la clave para entender estas nuevas simetrías finalmente fue encontrada
en una generalización más amplia de la cristalografía, situándose en el
espacio, sobre las 3 dimensiones.
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ROGER PENROSE
En 1973 este matemático inglés presento un
conjunto de 5 teselas, que posteriormente redujo
a 2, las cuales cubren el plano de forma no
periódica.
Cometa (Kite) y Dardo (Dart) 4
¿QUÉ ES UN CUASICRISTAL?
A diferencia de los cristales, los cuasicristales no
contienen un arreglo periódico basado en la
translación de una celda unitaria en tres
dimensiones, si no se trata de un arreglo
aperiódico el cual aun así presenta un difracción
definida.
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PATRONES DE DIFRACCIÓN
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Patrón de difracción electrónico de un
cristal periódico. La distribución de
puntos brillantes describe la disposición
de acuerdo con un patrón hexagonal.
Patrón de difracción electrónico de un
cuasicristal de Al-Cu-Fe
PROPIEDADES
Diferentes elementos de simetría, tales como ejes de rotación de orden 5,10 y 12.
Malos conductores de electricidad.
No presentan propiedades magnéticas.
Más elásticos que los metales ordinarios
a altas temperaturas.
Extremadamente duros y resistentes
a la deformación
Presentan resistencia a la corrosión y oxidación
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PROPIEDADES ELECTRÓNICAS
Tal que los cuasicristales exhiben un carácter
intermedio entre cristales y amorfos, se espera que
las propiedades electrónicas de estos materiales
presenten una conducta intermedia entre un
cristal y un sólido amorfo.
El efecto de cuasiperiodicidad en el espectro
electrónico puede ser estudiado en la estructura
cuasiperiódica más simple que es una cadena de
Fibonacci.
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PROPIEDADES ELECTRÓNICAS
La extensión natural de la cadena de Fibonacci en 2D
es la red de Penrose. El espectro en este caso es de
una naturaleza diferente que en el caso de 1D, siendo
un rasgo llamativo la falta de la misma similitud
Uno de los intereses de las investigaciones es el
origen del hueco central en el espectro electrónico del
enrejado de Penrose.
Los resultados de las investigaciones muestran que el
hueco es una consecuencia de frustración. El
acercamiento de las nuevas investigaciones podrían
aplicarse a otros casos como electrón y espectros de la
excitación magnética en sólidos desordenados. 9
En general, en sistemas cuasiperiódicos, se
comprueba que las funciones de onda electrónicas
no están ni localizadas ni totalmente
deslocalizadas.
Debido a la gran densidad de picos en el espacio
reciproco, las ondas no se propagan fácilmente, con
lo que la difusión de paquetes de onda es compleja
de estudiar. Para visualizar estos conceptos, se
realizan cálculos aproximados por ordenador de la
densidad de estados.
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PROPIEDADES ELECTRÓNICAS
SÍNTESIS
El método tradicional para el crecimiento de cuasicristales se basa en el enfriamiento rápido de metales fundidos, de manera que los átomos no tienen tiempo de acceder a las posiciones de equilibrio correspondientes a los sólidos cristalinos comunes.
Son estructuras relativamente comunes en aleaciones con metales como el Co, Fe y Ni.
El cuasicristal puede ser visto como un cristal con un parámetro de red infinitamente grande o con espacios icosaedrales indefinidamente grandes.
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ANÁLISIS DE CUASICRISTALES
Los rayos X y la difracción del neutrones son
usados para determinar las coordenadas
atómicas, las cuales sólo son posibles de obtener
después de tener cuasicristales perfectos.
Además de estos métodos, el espectro EXAFS*,
Mössbauer** y NMR están siendo aplicados a la
investigación de la estructura local. Empezando
la investigación física de las propiedades de los
cuasicristales.
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* EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure); Técnica que analiza las variaciones
en los bordes de absorción de los diferentes elementos. Es una técnica con selectividad elemental y
es local. No se necesita orden periódico a larga distancia por lo que se puede utilizar para obtener
información estructural en amorfos o sistemas muy complejos
** Espectroscopía Mössbauer; Basada en la emisión y absorción resonante de rayos gama en sólidos,
similar a RMN
APLICACIONES
Potencial aplicaciones en piezas de maquinaria de muy
baja fricción, tales como los rodamientos y las partes
deslizantes.
Ya se utilizan aleaciones metálicas cuasicristalinas en
algunos productos comerciales, incluyendo
revestimiento para sartenes.
También se podría usar en pistones de motores, donde
se combina su dureza, la resistencia a la corrosión y la
baja fricción, lo cual formaría unas piezas muy
eficientes desde el punto de vista energético.
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Respecto a la resistencia a la corrosión, los cuasicristales están a la altura del acero inoxidable. Un aspecto interesante es que esta propiedad permite su uso en tejidos biológicos,
De acuerdo con los experimentos realizados, los implantes en animales vivos muestran una ausencia de reacciones químicas y larga durabilidad y tolerancia.
Otra aplicación se da en materiales transparentes cotidianos, como ventanas, pantallas aislantes, placas solares, etc, lo cual es muy útil en construcción de edificios al no perder luminosidad y aprovechar la energía más eficientemente. 14
APLICACIONES
REFERENCIAS:
Revista de educación química. Segunda época. Volumen 23, Numero 1. Enero de 2012.
Algunos aspectos de los cuasicristales. Revista mexicana de física 34 No 3 (1988)
http://www.scmr.fisica.unam.mx/8temasutiles/articulosutiles/cuasicristales.htm
Seneca.fis.ucm.es/expint/html/fes/fes03/cuasicristal.html
Ordenamiento aperiódico en cuasicristales, Fernando Hueso González 3 de enero de 2011
Física del Estado Sólido
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