Premio Nobel de Química por el descubrimiento de cuasicristales

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

• Kimika
• Sariak

Los cuasicristales, al igual que los cristales, son materiales con los átomos ordenados, pero este orden no tiene un patrón repetitivo, como suelen tener los cristales. Actualmente son conocidos y se sintetizan en laboratorios de todo el mundo. En la década de 1980, sin embargo, Dan Shechtman tuvo que luchar por esta organización atómica que acababa de descubrir, ya que los cristalógrafos y físicos consideraban imposibles. Finalmente fue aceptado y el descubrimiento de Shechtman supuso un cambio en la propia definición de los cristales. De ahí el premio Nobel de Química de este año.

El propio Shechtman se sorprendió al ver un modelo de refracción que se consideraba imposible en el microscopio electrónico. Estudiaba un cristal de aluminio y manganeso. En concreto, trataba de saber a qué modelo se desviaban los electrones al atravesar este material. De hecho, esta desviación o difracción de electrones muestra la disposición o distribución de los átomos en el material.

Shechtman vio un modelo de refracción de diez puntos claros en círculo. En el Cuadro Internacional de Cristalografía, en la guía de referencia más importante de la cristalografía, no aparecían cristales con esta estructura. De hecho, en los análisis posteriores concluyó que el material tenía una simetría de cinco órdenes, y era imposible que el material que contenía esa simetría fuera cristal, ya que es imposible que esa simetría existiera y que los átomos estuvieran ordenados por un patrón repetitivo.

Cuando intentó publicar un artículo en el que se informaba del descubrimiento realizado, recibió inmediatamente una respuesta negativa. Incluso cuando informó a los científicos expertos en cristalografía de su descubrimiento, se le volvieron en contra. El jefe de su equipo de investigación llegó a pedir que abandonase el grupo.

Shechtman acude entonces al famoso físico John Cahn para pedir ayuda. El propio Cahn revisó los datos de Shechtman y consultó al cristalógrafo Denis Gratias para comprobar si Shechtman había metido la pata en algo. Sin embargo, vieron que los experimentos estaban correctamente realizados. Finalmente, publicaron un artículo escrito entre tres en la revista Physical Review Letters y poco a poco fueron aceptando expertos. Asimismo, otros cristalógrafos se dieron cuenta de que habían visto anteriormente los cuasicristales en sus experimentos. Sin embargo, al tener modelos de simetría “imposible”, se dedujo que cometieron algún error y se descartaron estos cristales.

Los científicos aclararon más adelante cómo los materiales con esta simetría tienen estructurados sus átomos. Para ello se utilizaron el número de oro (< constante) y la serie de Fibonacci (en la serie de Fibonacci, cada número es la suma de los dos anteriores: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, etc.). De hecho, ciertas distancias entre los átomos de los cuasicristales están asociadas a una constante <. Por tanto, los átomos tienen una distribución regular en los cuasicristales, aunque no se siga un patrón recurrente. En la serie de Fibonacci también la distribución de los números es regular pero no recurrente.

Así, una vez que los científicos aceptan la estructura de los cuasicristales, en 1992 la Asociación Internacional de Cristalógrafos modificó la definición del cristal, dando por bueno: “cualquier sólido con diagrama de difracción discreto”.