La notable fuerza de los cristales iónicos se explica fácilmente a escala atómica:los átomos cargados positiva y negativamente se sientan uno al lado del otro en una disposición periódica repetida. La fuerte fuerza electrostática en el medio los mantiene juntos.

Pero, ¿qué sucede cuando el patrón periódico llega a un final abrupto? Investigadores de la Universidad Tecnológica de Viena han roto cuidadosamente cristales de tantalato de potasio en direcciones específicas, y fotografió las superficies resultantes utilizando un microscopio de fuerza atómica de última generación. Sus datos se combinaron con cálculos realizados en la Universidad de Viena, y finalmente se explicaron una serie de fenómenos notables. Los resultados fueron publicados en Ciencias , y son potencialmente útiles para tecnologías como la producción de hidrógeno.

Los cuadrados blancos y negros de un tablero de ajedrez se alternan a lo largo de las filas y columnas, y en ángulo de esquina a esquina, aparecen como filas en blanco y negro. Los cuadrados blancos y negros en dos dimensiones se asemejan a un cristal en tres dimensiones:"Si uno parte un cristal cúbico en una determinada dirección, uno puede terminar con solo cargas positivas o negativas en la superficie. Tal situación sería muy inestable, ", explica la profesora Ulrike Diebold del Instituto de Física Aplicada de la Universidad Tecnológica de Viena. Un apilamiento de capas puramente positivas y cargadas negativamente daría como resultado un potencial de millones de voltios en la pequeña muestra; los científicos lo llaman la" catástrofe polar ". "Para evitar esta situación, los átomos deben reorganizarse. ¿Pero cómo?

"Hay diferentes formas en las que una superficie puede reaccionar cuando dividimos un cristal, "dice Martin Setvin, primer autor de la publicación. "Los electrones pueden acumularse en ciertos lugares, la celosía de cristal puede deformarse, o las moléculas de la atmósfera pueden adherirse a la superficie, cambiando sus propiedades ".

Mediante microscopio de efecto túnel de barrido, es inmediatamente obvio que un cristal roto a muy baja temperatura tiene la mitad de la capa cargada negativamente en un lado, y la mitad en la otra. Debido a que las islas negativas cubren exactamente el 50 por ciento de cada superficie, la superficie es eléctricamente neutra. "Todavía, la isla es grande, por lo que la catástrofe polar no se evita por completo:el campo debajo de ellos cambia las propiedades físicas del material, "dice Setvin.

Aunque extrañamente elevando ligeramente la temperatura de la superficie, las islas se rompen y los átomos forman un laberinto de líneas irregulares. Las "paredes" de este laberinto tienen solo un átomo de alto y de cuatro a cinco átomos de ancho. y los cálculos muestran que se trata de una configuración más estable.

"Las estructuras laberínticas no solo son hermosas, sino también potencialmente útiles, ", dice Diebold." Eso es exactamente lo que quieres:estructuras diminutas donde se producen fuertes campos eléctricos a escala atómica ". Se podrían usar, por ejemplo, para permitir reacciones químicas que no proceden por sí mismas, como la división del agua, para producir hidrógeno.

"El uso de estas extrañas superficies de cristal en tecnología requiere que entendamos lo que sucede a escala atómica, "enfatiza Setvin." Por eso la microscopía es tan importante para nosotros. En imágenes de alta resolución podemos observar directamente átomos individuales, mira como se mueven, y finalmente comprender lo que la naturaleza intenta hacer. Quizás entonces, podemos averiguar cómo usarlo ".