Premi Nobel de Química pel descobriment de cuasicristales

2011/10/05 Lakar Iraizoz, Oihane - Elhuyar Zientzia

• Kimika
• Sariak

Els cuasicristales, igual que els cristalls, són materials amb els àtoms ordenats, però aquest ordre no té un patró repetitiu, com solen tenir els cristalls. Actualment són coneguts i se sintetitzen en laboratoris de tot el món. En la dècada de 1980, no obstant això, Donen Shechtman va haver de lluitar per aquesta organització atòmica que acabava de descobrir, ja que els cristalógrafos i físics consideraven impossibles. Finalment va ser acceptat i el descobriment de Shechtman va suposar un canvi en la pròpia definició dels cristalls. D'aquí el premi Nobel de Química d'enguany.

El propi Shechtman es va sorprendre en veure un model de refracció que es considerava impossible en el microscopi electrònic. Estudiava un cristall d'alumini i manganès. En concret, tractava de saber a quin model es desviaven els electrons en travessar aquest material. De fet, aquesta desviació o difracció d'electrons mostra la disposició o distribució dels àtoms en el material.

Shechtman va veure un model de refracció de deu punts clars en cercle. En el Quadre Internacional de Cristal·lografia, en la guia de referència més important de la cristal·lografia, no apareixien cristalls amb aquesta estructura. De fet, en les anàlisis posteriors va concloure que el material tenia una simetria de cinc ordres, i era impossible que el material que contenia aquesta simetria anés cristall, ja que és impossible que aquesta simetria existís i que els àtoms estiguessin ordenats per un patró repetitiu.

Quan va intentar publicar un article en el qual s'informava del descobriment realitzat, va rebre immediatament una resposta negativa. Fins i tot quan va informar els científics experts en cristal·lografia del seu descobriment, se li van girar en contra. El cap del seu equip de recerca va arribar a demanar que abandonés el grup.

Shechtman acudeix llavors al famós físic John Cahn per a demanar ajuda. El propi Cahn va revisar les dades de Shechtman i va consultar al cristalógrafo Denis Gratias per a comprovar si Shechtman havia ficat la pota en alguna cosa. No obstant això, van veure que els experiments estaven correctament realitzats. Finalment, van publicar un article escrit entre tres en la revista Physical Review Letters i a poc a poc van anar acceptant experts. Així mateix, uns altres cristalógrafos es van adonar que havien vist anteriorment els cuasicristales en els seus experiments. No obstant això, en tenir models de simetria “impossible”, es va deduir que van cometre algun error i es van descartar aquests cristalls.

Els científics van aclarir més endavant com els materials amb aquesta simetria tenen estructurats els seus àtoms. Per a això es van utilitzar el nombre d'or (< constant) i la sèrie de Fibonacci (en la sèrie de Fibonacci, cada número és la suma dels dos anteriors: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, etc.). De fet, certes distàncies entre els àtoms dels cuasicristales estan associades a una constant <. Per tant, els àtoms tenen una distribució regular en els cuasicristales, encara que no se segueixi un patró recurrent. En la sèrie de Fibonacci també la distribució dels números és regular però no recurrent.

Així, una vegada que els científics accepten l'estructura dels cuasicristales, en 1992 l'Associació Internacional de Cristalógrafos va modificar la definició del cristall, donant per bo: “qualsevol sòlid amb diagrama de difracció discret”.