Aunque varios estudios anteriores han investigado la formación de cristales a partir de partículas idénticas, Las condiciones en las que cristalizan las partículas no uniformes y los cristales resultantes de este proceso todavía se conocen poco. En un estudio reciente publicado en Cartas de revisión física ( PRL ), Los investigadores de la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Nürnberg han reunido hallazgos interesantes sobre la formación de cristales complejos a partir de esferas de tamaño disperso.

Partículas idénticas, como átomos o partículas coloidales que se sintetizan para ser similares entre sí, se sabe que tienen baja dispersión. La dispersión es una medida de la heterogeneidad de los tamaños de partículas o moléculas en una mezcla.

La cristalización es un fenómeno muy común en partículas idénticas, sin embargo, es mucho más difícil de lograr cuando las partículas tienen diferentes tamaños (es decir, alta dispersión). Incluso después de que se someten a un proceso de síntesis, las partículas a menudo exhiben una dispersión significativa, particularmente si el proceso de síntesis no se controla cuidadosamente.

"Nuestra investigación muestra que la dispersión, mientras inhibe la cristalización, no lo prohíbe del todo, "Michael Engel, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "En lugar de, Aparecen nuevos tipos de cristales a través de un proceso llamado cristalización fraccionada. La cristalización fraccionada tiene muchas aplicaciones tecnológicas y relevancia en geología. Nuestro trabajo es el primero en confirmar la naturaleza precisa de la cristalización fraccionada en las partículas más simples posibles, esferas duras, utilizando sistemáticamente simulaciones estadísticas avanzadas ".

En su estudio, Engel y sus colegas utilizaron simulaciones informáticas avanzadas para modelar el movimiento y la reordenación de las partículas a lo largo del tiempo. Mientras haces esto, utilizaron un 'truco' numérico especial para intercambiar partículas con sus vecinas y redimensionarlas, ya que esto puede acelerar significativamente el proceso de simulación.

"Los métodos anteriores no empleaban este truco sistemáticamente en función de la distribución del tamaño y la densidad del sistema, ", Explicó Engel.

Engel y sus colegas demostraron que las esferas duras con una distribución de radio gaussiano y una dispersión de hasta el 19 por ciento siempre cristalizan si se comprimen con la suficiente lentitud. Además, observaron que esta cristalización se produce de formas sorprendentemente complejas.

"Descubrimos que las poblaciones de partículas dispersas cristalizan con éxito y cómo lo hacen, "Dijo Engel." En la práctica, algo de suavidad de las partículas, largos tiempos, y un concepto llamado dispersión dinámica (ajuste continuo de tamaño, forma o carga) es importante para acelerar el proceso de cristalización. De hecho, Algunas de nuestras predicciones ya se han informado con éxito antes en sistemas experimentales que involucran átomos, nanopartículas con enlazadores orgánicos, y micelas suaves (como pompas de jabón nanoscópicas) ".

El estudio realizado por Engel y sus colegas ofrece una nueva y valiosa información sobre la formación de cristales complejos en esferas duras. mostrando las circunstancias bajo las cuales puede ocurrir. Sus observaciones también sugieren que podría haber un vínculo entre los sistemas de partículas dispersas y las aleaciones, que son metales hechos mediante la combinación de dos o más elementos metálicos juntos.

"Nuestros resultados apuntan a una estrecha conexión entre los sistemas de partículas dispersas y las aleaciones, ya que los cristales complejos (fases de Laves y otras fases de Frank-Kasper) que observamos son tradicionalmente bien conocidos en las aleaciones ", dijo Engel." En el futuro, las técnicas de simulación que desarrollamos podrían aplicarse a otras mezclas de partículas que sean tecnológicamente relevantes ".

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