Entre clases de química piedras preciosas y electrónica, la idea de los cristales, es decir, sustancias con una disposición ordenada y periódica de átomos es bastante común. Pero hace unos 40 años, Los científicos descubrieron una extraña partícula que aún no se ha convertido en algo común en nuestro mundo:los cuasicristales. Estas son estructuras con curiosos arreglos atómicos, cuales, aunque superficialmente similar a los cristales, carece de periodicidad a pesar de ser ordenado. Por sus estructuras, Los cuasicristales exhiben simetrías prohibidas a los cristales y están dotados de propiedades interesantes que los cristales no pueden mostrar. como alta resistencia al flujo de calor, flujo de corriente, y corrosión.

Desde su descubrimiento, Los cuasicristales han sido investigados extensamente por científicos de materiales de todo el mundo. Debido a su rareza, Los científicos han recurrido a menudo a estudiar modelos que los imitan, llamados aproximantes. Recientemente, en una clase de aproximantes a base de oro, llamadas "aproximaciones de tipo Tsai", Se detectó la presencia de un orden magnético cuyo tipo puede ser controlado por la composición de los aproximantes, una posibilidad emocionante para que la exploren los científicos de materiales.

En tales aproximaciones de creciente complejidad, como el compuesto de oro (Au), aluminio (Al), y terbio (Tb), se encontró que el orden magnético era antiferromagnético, donde cada ion en el cristal actúa como pequeños imanes con sus polos opuestos a los de sus vecinos. En un nuevo estudio publicado en Revisión física B, Prof. Ryuji Tamura de la Universidad de Ciencias de Tokio (TUS), Japón, junto con sus colegas Sam Coates de TUS, y Hem Raj Sharma y Ronan McGrath de la Universidad de Liverpool, exploró la estructura atómica de la superficie antiferromagnética de este aproximado tipo Tsai. Prof. Tamura, quien dirigió el estudio, dice:"Las aproximaciones de Tsai basadas en Au están poco investigadas en comparación con sus contrapartes basadas en plata (Ag), particularmente en el campo de la ciencia de superficies. Comprender las estructuras de estos materiales tipo Tsai permitirá interpretaciones en profundidad de sus propiedades específicas, como las transiciones magnéticas, características electrónicas, y superconductividad ". Su estudio arrojó resultados inesperados.

Los componentes básicos de las aproximaciones de tipo Tsai son "agrupaciones de tipo Tsai", conchas poliédricas cuyo número de lados depende de la variante de la aproximante. En su estudio, El equipo del profesor Tamura eligió una variante 1/1 del aproximado Au-Al-Tb en el que una unidad tetraédrica estaba encerrada dentro de un dodecaedro, icosaedro, icosidodecaedro, y triacontaedro rómbico. Los átomos de Tb ocuparon los vértices del icosaedro mientras que los átomos de Au / Al ocuparon los vértices de las capas restantes.

Los científicos examinaron una superficie específica de un monocristal de 1/1 Au-Al-Tb utilizando un microscopio de efecto túnel (STM) y respaldaron sus observaciones con cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).

Descubrieron que la superficie tenía una peculiar estructura similar a una terraza escalonada con las terrazas terminando en planos que contienen átomos de Tb y una altura de escalón que, curiosamente, pareció minimizar el número de icosaedros incompletos. Es más, encontraron que la estructura de la terraza dependía del signo del voltaje de polarización aplicado a la muestra. Mientras que en sesgo positivo, los átomos de Tb mostraron una disposición romboédrica o hexagonal, El sesgo negativo reveló que los átomos de Au / Al están dispuestos en una estructura lineal en forma de fila, una especie de cambio no observado antes en un material tipo Tsai. "Como este es el primer material de tipo Tsai que muestra un esquema de este tipo, necesitamos investigar más a fondo los tipos de Tsai basados ​​en Au para evaluar si la composición química tiene un papel que desempeñar en la estructura de la superficie, "comenta el Prof. Tamura. Las observaciones fueron consistentes con los cálculos de DFT.

Si bien los cuasicristales han encontrado varias aplicaciones, que van desde instrumentos quirúrgicos, LEDs para sartenes antiadherentes, están lejos de ser bien entendidos y los hallazgos recientes en estructuras de tipo cuasicristal sirven para insinuar las posibilidades exóticas sin explotar que albergan. "La estructura única de la superficie tipo Tsai sugiere que los cuasicristales podrían usarse como plantilla para la adsorción molecular en la creación de películas delgadas semiconductoras orgánicas, "Dice el profesor Tamura." La comprensión de cómo el cambio de estructura se corresponde con el magnetismo puede abrir puertas a nuevas aplicaciones, " él añade.

Una cosa es segura:¡el cuasicristal es un poco más claro!