QUÍMICA | Premio Nobel de Química de 2011
Los cuasicristales, nueva joya de la corona de la Academia sueca
Modelo atómico de los cuasicristales. | Afp- El profesor Enrique Maciá valora los méritos del Nobel de Química de 2011
"Estaba analizando una aleación de aluminio y manganeso a través de un microscopio electrónico cuando sucedió algo muy extraño e imprevisto. El patrón de difracción mostraba 10 puntos brillantes, igualmente espaciados del centro y entre sí. Los conté y repetí la cuenta otra vez, diciéndome: ¡este bicho no existe! (en hebreo: Ein chaya kazo). Entonces salí al pasillo para compartirlo, pero ahí no había nadie".
Con estas palabras describía el profesor Daniel Shechtman (Instituto Technion, Haifa, Israel), merecedor del Premio Nobel de Química de 2011, su descubrimiento, efectuado el 8 de abril de 1982, en el National Bureau of Standards en Gaithersburg, Maryland, EEUU.
No es fácil apreciar la importancia de este hallazgo sin antes entender, en toda su profundidad, que no sólo era inesperado. Es que además estaba absolutamente vetado. En efecto, aquel pasillo vacío resultó ser toda una premonición de la fría acogida que su descubrimiento iba a recibir inicialmente entre sus colegas.
Tan sorprendidos como él, aunque parapetados, en su inmensa mayoría, en un prudente y oportuno escepticismo. Y las cosas empeoraron aún más cuando un octogenario Linus Pauling, dos veces laureado con el Premio Nobel (el de Química primero y el de la Paz después), declaró la guerra a la interpretación que Shechtman proponía para sus resultados, -dificultando desde la prestigiosa atalaya de ser considerado como el químico vivo más reputado en aquel momento- el adecuado reconocimiento de que aquellos cristales, prohibidos por los legisladores teóricos, se erguían desafiantes en los laboratorios como heraldos del advenimiento de una nueva cristalografía.
No deja por ello de tener cierta sagaz ironía que, casi 30 años después del hallazgo y la polémica, la Academia sueca haya decidido conceder a Shechtman el premio Nobel precisamente en Química, el campo en el que militaba también su feroz oponente.
Para comprender de manera adecuada la revisión conceptual suscitada por el hallazgo de estos nuevos materiales conviene recordar que el esquema de clasificación tradicional de la materia sólida se basaba en la noción de un ordenamiento periódico de átomos en el espacio e incluía dos grandes categorías: la materia cristalina, en la que la disposición regular de sus átomos constituyentes se traduce en la aparición de un ordenamiento de largo alcance basado en la simetría de traslación; y la materia amorfa, en la que, si bien se aprecian correlaciones en la disposición de vecinos próximos, se halla completamente ausente un ordenamiento de largo alcance.
La dicotomía implícita en este esquema de clasificación consideraba a la materia cristalina como el arquetipo de orden en física del estado sólido mientras que, por contraposición, la materia amorfa representaba el paradigma de desorden.
Este esquema tradicional sufrió un serio sobresalto al constatarse la existencia de una clase de materia que, sin ser cristalina en el sentido convencional, mostraba, sin embargo, patrones de difracción discretos de gran calidad y no podía, por tanto, considerarse amorfa en modo alguno, al mostrar sus elementos constituyentes un notable ordenamiento de largo alcance, tal como de forma elocuente mostraban las observaciones de Shechtman.
El término cuasicristal, propuesto por Paul Steinhardt (Universidad de Pennsylvania), se impuso rápidamente para designar, de forma genérica, a este tipo de materiales reflejando, en su propia etimología, un compromiso terminológico con el que se sugería que estas aleaciones podrían ocupar una vaga posición intermedia entre los cristales y los sólidos amorfos.
Enrique MaciáModelo estructural de un cuasicristal icosaédrico de CdYb basado en agregados moleculares (clusters) en forma de icosidodecaedro, sólido regular formado por caras pentagonales y triangulares.
Hallazgo de ciencia básica con múltiples aplicaciones
Las primeras fases cuasicristalinas descubiertas, obtenidas mediante técnicas de enfriamiento ultrarrápido, eran metaestables y pasaban con facilidad al estado cristalino al someter las muestras a tratamientos térmicos encaminados a mejorar su estructura.En consecuencia, el estudio de las propiedades físicas características de esta nueva fase de la materia no fue posible hasta que, a partir de 1986, diversos equipos internacionales, entre los que destaca el grupo del profesor An Pang Tsai en Japón, descubrieron un número creciente de materiales cuasicristalinos termodinámicamente estables, capaces de preservar una estructura cuasiperiódica de extraordinaria calidad hasta alcanzar su punto de fusión (en torno a los 1500º C).
El conocimiento más detallado de los diagramas de fase de las distintas aleaciones implicadas, capaz de precisar las lindes de las pequeñas regiones de estabilidad de las distintas fases cuasicristalinas, ha hecho posible el crecimiento de cuasicristales de gran calidad mediante el empleo de técnicas convencionales.
Pero además de su importancia en el campo de la investigación básica, el interés suscitado por estos nuevos materiales se extiende también al ámbito de la innovación tecnológica. En efecto, la primera patente industrial en la que se recoge una aplicación directa de los cuasicristales data de 1988 y fue obtenida por el equipo de Jean Marie Dubois en el Laboratorie Science et Gènie des Materiaux Métalliques (Nancy).
Desde entonces el número de patentes relativas a la fase cuasicristalina se ha ido incrementando paulatinamente, con la intención de explotar las propiedades inusuales observadas en los cuasicristales. Por ejemplo, es bien conocido que, en general, la mayoría de los metales son buenos conductores del calor y que la conductividad térmica es proporcional al producto de su conductividad eléctrica por la temperatura.
Ninguno de estos comportamientos se observa en los cuasicristales, que son muy malos conductores del calor debido, fundamentalmente, a que poseen pocos electrones libres y, en consecuencia, el calor debe propagarse mediante las vibraciones de la estructura atómica; propagación que se ve, a su vez, dificultada por la ausencia de una simetría de traslación en el ordenamiento cuasiperiódico de dicha estructura. Por todo ello las aleaciones cuasicristalinas se presentan como unos materiales competitivos con vistas a su utilización tanto en barreras térmicas como en dispositivos de refrigeración termoeléctrica.
Así pues, cuando mediada la mañana del día 5 de octubre de 2011 se tuvo conocimiento de la concesión de este prestigioso galardón a la persona que abrió su campo de investigación, la comunidad interdisciplinar de científicos dedicados al estudio de tan fascinantes materiales experimentó una profunda satisfacción.
En primer lugar por Dan, quien con motivo de su jubilación, había recibido el pasado 29 de julio un emotivo homenaje por parte de muchos de sus representantes. Y después por todo lo que, sin duda, vendrá después.
No en vano, en el reciente Congreso Internacional sobre Cuasicristales (ICQ11), celebrado en Sapporo en junio de 2010, se propuso el siguiente lema como inspiración y guía en el estudio de esta nueva fase de la materia en los años por venir: "Quasicrystals: A letter from the future" (Cuasicristales, una carta desde el futuro).
Enrique Maciá Barber es profesor del Departamento de Física de Materiales de la Facultad de Ciencias Físicas de la Universidad Complutense de Madrid.
el dispensador dice: muchas veces el hombre corre tras la creación, agitando su estabilidad electrónica, alterando la moderación de los átomos, quebrando ecuaciones... ya que la presión sobre el mundo de las ideas suele generar modificaciones inducidas por la ansiedad... una presión que suele deformar a las esferas que reposan plácidamente en dicho mundo, esperando su turno para descender y elegir a alguien que luego será "creador"... sin embargo, la mayoría de las veces sucede al revés... son las ideas las que buscan bajar al mundo humano para hallar un lugar de trascendencia que alcance a la consciencia pública. Las ideas como esferas no se empujan porque guardan un orden, no obstante lo cual, acudidas por las ansiedades sí pueden agitarse, chocando unas contra otras al modo de los átomos en una pava de cobre, alocadamente... a veces por calor, a veces por frío, muchas otros por hastío. El hecho creador proviene de una coincidencia, la que a su vez es consecuencia de otras convergencias... sin la coincidencia o si se quiere, sin las convergencias, no es factible que la creación se produzca. Así la idea detecta a un ser humano "buscador" y se complace identificando cuán avanzado está en su búsqueda... si las esencias son consonantes, la idea finalmente descenderá y así, por casualidad, extraña, se producirá el primer paso del descubrimiento, un hallazgo que nacerá, tendrá luz, al igual que un bebé lo hace... ello implica que antes del alumbramiento se ha producido un proceso de gestación intangible, invisible y hasta insensible para el humano elegido. La gestación es el paso que media entre que la idea se siente convocada y el elegido encuentra el "momento" para seguir una determinada senda. Fullerenos, cuasi cristales, grafenos y otros, son expresiones delicadas de las esferas que descienden desde el mundo de las ideas, constituyendo el paso previo a la apertura de los umbrales, de sus túneles, de los oráculos y sus santuarios... hasta si se quiere, es el paso anterior al SOL azul, el frío, el que viene, cuyo signo 4-ESPÍRITU, sexto de la gesta humana en la Tierra. Ahora el hombre aprenderá el valor de la materia y el contravalor de la antimateria y junto con ello, la importancia de las dimensiones y sus contigüedades. Del mismo modo cuando esperas reflejarte en el fondo acuoso de un aljibe, pero no sólo no logras ver el agua en su fondo, percibes que la distancia entre la persona y el agua es inmensa, sin embargo en términos de espacio está allí, justo al lado de la voluntad de verse reflejado... curiosamente, los antiguos, muy antiguos, más que viejos, sabían cómo hacer para hacer ascender las aguas en torbellino sin necesidad de bombas sumergibles y otras tecnologías, hoy imprescindibles... ello indica que cuando te alejas de las esencias, el camino se torna largo y las búsquedas se hacen interminables, marcando huella irreversible... es tiempo de nueva luz... en los pasillos se escucha: ¿qué llegará primero?... me asomo por la ventana, miro el cielo, luego miro el mundo con el alma y me digo a mí mismo, sin que nadie me escuche... la cascada de ideas desciende buscando humanos, aunque no son muchos los humanos que atienden al mundo de las ideas... el mundo está denso, por casualidad, no lo viste a Platón?, no sabés si viajó al Egipto ptlomeico?... no tengo respuestas, será cuestión esperar. Octubre 21, 2011.-
No hay comentarios:
Publicar un comentario