En el mundo de la ciencia de los materiales, muchos han oído hablar de los cristales, estructuras muy ordenadas en las que los átomos están dispuestos de manera apretada y periódica (en la que se repite la disposición atómica). Pero, no mucha gente sabe acerca de los cuasicristales, que son estructuras únicas con extraños arreglos atómicos. Como cristales los cuasicristales también están dispuestos de manera apretada, pero lo diferente de ellos es el hecho de que poseen una simetría pentagonal sin precedentes, de tal manera que la disposición atómica es altamente ordenada pero no periódica.

Esta característica distintiva les confiere propiedades únicas, como alta estabilidad, resistencia al calor, y baja fricción. Desde su descubrimiento hace solo unos 30 años, Los científicos de todo el mundo han intentado comprender las propiedades de los cuasicristales, en un esfuerzo por hacer más avances en la investigación de materiales. Pero, esto no es facil, ya que los cuasicristales no prevalecen en la naturaleza. Afortunadamente, han podido hacer uso de estructuras similares a los cuasicristales, llamadas "aproximaciones de tipo Tsai". Comprender estas estructuras en detalle podría darnos una idea de las muchas propiedades de los cuasicristales. Una de esas propiedades es el antiferromagnetismo, en el que los momentos magnéticos se alinean en un orden cuasiperiódico, sorprendentemente distinguido de los antiferromagnetos convencionales. Esta propiedad nunca se ha observado en cuasicristales hasta ahora, pero la posibilidad era emocionante para los científicos de materiales, ya que podría ser una puerta de entrada a una gran cantidad de nuevas aplicaciones.

En un nuevo estudio publicado en Revisión física B:Comunicaciones rápidas , un equipo de científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio, dirigido por el profesor Ryuji Tamura, encontraron por primera vez que un tipo de aproximante de tipo Tsai exhibe una transición antiferromagnética. Este fue un hallazgo emocionante, ya que sugirió que incluso los cuasicristales podrían mostrar tal transición. Los científicos ya sabían que las aproximaciones de tipo Tsai tienen dos variantes diferentes:aproximaciones 1/1 y 2/1.

La principal diferencia entre los dos es que las aproximaciones 2/1 contienen una unidad romboédrica adicional en su estructura, que está ausente en el tipo 1/1, haciéndolos aún más ordenados y más cercanos a la estructura de los cuasicristales. Y es por eso que los científicos querían ver las condiciones en las que las aproximaciones 2/1 podrían mostrar antiferromagnetismo; creó la posibilidad de ver esta nueva propiedad incluso en cuasicristales. El profesor Tamura dice:"Se han observado transiciones antiferromagnéticas en aproximaciones 1/1, pero lo observamos en una aproximación 2/1 por primera vez. Esto es interesante porque a diferencia del aproximado 1/1, el aproximado 2/1 contiene todos los componentes necesarios para construir un cuasicristal ".

Para observar más de cerca las propiedades magnéticas de las aproximaciones 2/1, los científicos sintetizaron aleaciones metálicas con una estructura cristalina, que contenía aproximaciones tanto de 1/1 como de 2/1. Mediante el uso de un dispositivo llamado dispositivo superconductor de interferencia cuántica (SQUID), estudiaron las condiciones en las que las aproximantes mostraban diferentes propiedades magnéticas. Curiosamente, encontraron que un solo parámetro dicta la presencia de antiferromagnetismo en ambos tipos de aproximantes. Esta era la proporción de electrones por átomo, que difiere ligeramente en los dos tipos. Al manipular la relación electrón-por-átomo, El profesor Tamura y su equipo vieron una "transición" a un estado antiferromagnético en ambos tipos de aproximaciones. Esta propiedad se había visto antes en el tipo 1/1 pero nunca en el aproximado 2/1. Este fue un desarrollo emocionante, ya que la estructura altamente ordenada del aproximado 2/1 significaba que podría usarse para generar cuasicristales, haciendo de este el primer estudio que muestra la posibilidad de cuasicristales antiferromagnéticos.

Desarrollando sus hallazgos, El profesor Tamura dice:"Logramos observar, por primera vez, transiciones antiferromagnéticas en las aproximaciones AFM 1/1 y 2/1 en el mismo sistema de aleación ". "Nuestro hallazgo muestra claramente que el orden antiferromagnético sobrevive en el aproximado de orden superior 2/1, que tiene todos los componentes básicos para crear un cuasicristal ".

La importancia de los cuasicristales, como en aplicaciones de rutina como hacer sartenes y agujas para acupuntura y cirugía, es bien conocida. Pero, dado su descubrimiento muy reciente, no se ha entendido mucho sobre lo que los hace tan únicos. Al mostrar la existencia de antiferromagnetismo en una estructura cuasicristalina, El profesor Tamura y su equipo potencialmente han allanado el camino para mayores desarrollos en la investigación de cuasicristal. El profesor Tamura concluye diciendo:"Nunca antes se habían visto cuasicristales antiferromagnéticos, y este descubrimiento tiene un gran impacto académico ". "La posibilidad de la existencia de cuasicristales antiferromagnéticos es un gran paso hacia el desciframiento del misterio de los cuasicristales".