LOS CUASICRISTALES, UN DESCUBRIMIENTO DE NOBEL.

Ayer concedieron el Premio Nobel de Química al profesor Dan Shechtman (Tel Aviv, 1941) , por el descubrimiento de los cuasicristales. Por eso, he decidido dedicar el resurgimiento de este blog (en el que desgraciadamente no he podido escribir nada hasta ahora) a este curioso estado de la materia. Pero para entender bien la revolución de los cuasicristales, primero hay que ver que es un cristal.

La definición tradicional de cristal era: Un cristal es una composición de átomos, moléculas o iones que se repiten de forma periódica en las tres dimensiones del espacio. Todos los cristales tienen una serie de características que dependen de su simetría, como la morfología externa y las propiedades físicas. Un aspecto muy importante en los cristales es que, al irradiarlos con Rayos X, estos presentan un patrón de difracción dado por una serie de puntos que guardan entre sí una relación de simetría. A partir de este diagrama de Rayos X es posible determinar la estructura del cristal.

Cristales de la proteína lisozima, cristalizada por el autor del blog.

En Abril de 1982, Dan Shechtman encontró que al hacer el estudio de difracción de Rayos X de unos cristales de una aleación de aluminio y manganeso, se obtenía un patrón de difracción propio de los cristales, pero con una peculiaridad: presentaba una simetría pentagonal, y es imposible crear una repetición periódica de pentágonos (si no me creéis, os recomiendo que le pidáis a un albañil que os recubra el suelo del baño con azulejos pentagonales, a ver qué pasa).

Es imposible construir una estructura periódica con pentágonos.

Los cuasicristales son materiales con orden de largo alcance perfecto, pero sin periodicidad de translación tridimensional. Lo primero se manifiesta en la presencia de puntos en el patrón de difracción y lo último, en la presencia de una simetría incompatible con la periodicidad translacional (por ejemplo,  la simetría pentagonal).

El descubrimiento de los cuasicristales fue enormemente controvertido. Al principio, la mayoría de los científicos rechazaron la idea de Shechtman. El gran físico, químico, y bioquímico, Linus Pauling, que había hecho grandes contribuciones a la cristalografía (una ciencia transversal, en la que físicos, químicos, geólogos y otros científicos trabajan para descubrir la estructura y las propiedades de los cristales), llegó a decir que no hay cuasicristales, hay cuasicientíficos.

No obstante, el tiempo le dio la razón Shechtman, y la existencia de los cuasicristales fue reconocida por toda la comunidad científica. Esto obligó a la Unión Internacional de Cristalografía a cambiar la definición de cristal, para poder incluir los descubrimientos del científico israelí. La nueva definición de cristal es: Un cristal es un sólido que produce un diagrama de difracción discreto. Esta nueva definición hace más hincapié en el experimento de difracción de Rayos X que en la simetría del cristal.

Finalmente, los cristalógrafos, a partir de la teoría del brillante matemático Royer Penrose, consiguieron demostrar que los cuasicristales sí que presentan simetría periódica, pero no en tres dimensiones, sino en cuatro. La proyección de esa estructura tetradimensional, al mundo tridimensional en el que vivimos, da lugar a simetrías que no son compatibles con una red periódica tridimensional.

Por fin, el 6 de Octubre de 2011, Dan Shechtman recibió el Premio Nobel de Química por descubrir los cuasicristales. Casi 30 años después de su descubrimiento.

Algunas similitudes entre los cuasicristales y los cristales clásicos:

    Exhiben caras marcadas

      Generan diagramas de difracción con picos afilados

      Pueden crecer de forma ordenada generando cristales incluso mayores que los periódicos

      Son estables termodinámicamente

Principales diferencias entre los cuasicristales y los cristales clásicos:

      Poseen simetrías incompatibles con la periodicidad

      Poseen propiedades físicas muy diferentes a las de los cristales periódicos (por ejemplo, hay cuasicristales metálicos con conductividades eléctrica y térmica muy bajas)