Científicos del IQFR y de la Universidad de Oxford publican en Nature cómo construir cuasicristales icosaédricos a partir de partículas con interacciones direccionales.

Los cristales aperiódicos, llamados de forma breve cuasicristales, son estructuras ordenadas pero que no son periódicas, es decir no se pueden obtener replicando una unidad estructural (la celda unidad en los cristales) en las tres dimensiones del espacio.

Dan Shechtman observó el primer cuasicristal icosaédrico en 1982, mientras medía los patrones de difracción formados al hacer pasar haces de electrones sobre diversas aleaciones metálicas obtenidas mediante enfriamiento rápido del fundido. Observó que una de esas aleaciones producía un patrón de difracción con seis ejes de simetría cinco, como un icosaedro, desafiando los principios básicos de la cristalografía y dando lugar a un cambio paradigmático en esta disciplina.

Desde entonces se han conseguido producir numerosos cuasicristales icosaédricos a partir de mezclas metálicas binarias y ternarias, e incluso se han encontrado algunos cuasi-cristales naturales en meteoritos. Pero nunca se han observado en materiales covalentes, donde los enlaces son direccionales. En un trabajo publicado en Nature, científicos del IQFR y de la Universidad de Oxford demuestran que es posible producir cuasicristales icosaédricos mediante enlaces direccionales si no nos limitamos a las posibilidades geométricas disponibles en sistemas atómicos. 

Los autores argumentan que este tipo de materiales podrían construirse en el laboratorio utilizando partículas coloidales u origamis de ADN, para las cuales se puede controlar tanto la geometría de las partículas como la manera en que interaccionan entre sí. Si las nanopartículas constituyentes tienen el tamaño adecuado, se pueden conseguir materiales que inhiben la propagación de la luz en determinadas frecuencias en todas las direcciones, lo que los hace especialmente atractivos en diversas aplicaciones en fotónica (sensores, chips ópticos, dispositivos de telecomunicaciones, …)

How to design an icosahedral quasicrystal through directional bonding, Eva G. Noya, Chak Kui Wong, Pablo Llombart and Jonathan P.K. Doye, Nature 596, 367-371 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03700-2

La historia de cómo se gestó este trabajo se puede leer en el blog Behind de Paper https://go.nature.com/3dlKL0V