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    Cascadas de energía en cuasicristales desencadenan una avalancha de descubrimientos

    Esta imagen de una celosía de cuasicristal muestra el patrón simétrico único pero que nunca se repite de sus componentes. Los colores corresponden a la orientación de la polarización magnética de cada borde. Crédito:Amanda Petford-Long, Laboratorio Nacional Argonne

    La mayoría de los materiales cuando se ve a nivel atómico, vienen en uno de dos tipos. Algunos materiales, como la sal de mesa, son muy cristalinos, lo que significa que los átomos del material están dispuestos en patrones geométricos ordenados y repetidos. Otros materiales, como el vidrio, no mostrar tal organización; en esos casos, los átomos están dispuestos en lo que los científicos llaman una estructura amorfa.

    Algunos materiales especiales, sin embargo, situarse a horcajadas en la línea entre cristalino y amorfo. Estos materiales, conocidos como cuasicristales, tienen estructuras atómicas que están organizadas geométricamente pero, a diferencia de los de materiales cristalinos, nunca se repiten. En un nuevo estudio del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), Los científicos observaron redes de material magnético modeladas en estas geometrías únicas y bastante hermosas para ver cómo la naturaleza de los patrones que no se repiten conducen a la aparición de efectos energéticos inusuales.

    Los patrones geométricos simples pero elegantes dentro de un cuasicristal recuerdan a una vidriera o un mandala budista. "Los cuasicristales son científicamente interesantes porque su organización interna crea efectos que no se ven en otros materiales, "dijo la científica senior de materiales de Argonne, Amanda Petford-Long, quien dirigió el estudio.

    Así como diferentes piezas de vidrio se unen a lo largo de sus bordes para crear formas y patrones en una vidriera de colores, un cuasicristal contiene uniones que definen su comportamiento. Aunque las uniones en un cuasicristal donde se unen diferentes formas pueden contener diferentes números de bordes que se cruzan, cada unión dentro de un cuasicristal exhibe la misma preferencia física básica:estar en el estado de energía más bajo posible. Sin embargo, porque cada punto dentro del cuasicristal interactúa constantemente y compite con sus vecinos, no todos los vértices pueden estar en sus estados de energía más bajos al mismo tiempo.

    En el experimento, los investigadores de Argonne querían ver cómo respondía la estructura del cuasicristal al añadir algo de energía extra. "Estábamos analizando si podíamos transferir energía de un lado del enrejado al otro, e imaginar los patrones que surgieron cuando intentamos hacerlo, "dijo el científico de materiales de Argonne, Charudatta Phatak, otro autor del estudio.

    Para su sorpresa, los investigadores descubrieron que la redistribución de energía a través del cuasicristal se produjo como una reacción en cadena que se asemejaba a las ramas bifurcadas de un rayo. A diferencia de una red magnética más convencional, donde estas "avalanchas" de redistribución de energía ocurren en una sola dirección, la propagación de la energía redistribuida a lo largo de la celosía adquiere una apariencia de árbol.

    Los cuasicristales podrían proporcionar un ejemplo de un sistema que los científicos han estado buscando:una red formada por islas magnéticas que pueden propagar y almacenar información. El comportamiento de este tipo de redes depende de la cantidad de energía que se pone en el sistema, según Phatak.

    Comprender los comportamientos energéticos de este tipo de redes es esencial para el desarrollo de dispositivos computacionales de próxima generación que podrían formar la base de cosas como las redes neuronales artificiales, que sería capaz de realizar cálculos complejos con un consumo energético muy bajo.

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