Durante mucho tiempo, los científicos asociaron la estructura cristalina con la disposición de los átomos en un patrón reticular repetitivo, creyendo que ésta era la disposición más estable. Sin embargo, en la década de 1960, los avances en cristalografía revelaron materiales que no se ajustaban al modelo tradicional. Estas estructuras exhiben un patrón no periódico o no repetitivo y se denominan cristales aperiódicos.
Hay dos tipos de cristales aperiódicos: cuasicristales (QC), que exhiben una disposición ordenada pero aperiódica, y estructuras moduladas irregularmente (IC), donde la estructura reticular periódica tridimensional está distorsionada por variaciones o modulaciones locales. Estos materiales tienen propiedades diferentes a las de los cristales periódicos normales, pero la relación entre ellos sigue en gran medida inexplorada.
En un estudio publicado en la revista Comunicaciones de la naturalezaLos investigadores, dirigidos por el profesor asociado Akihisa Koga del Departamento de Física del Instituto de Tecnología de Tokio, crearon una estructura de panal espacialmente espaciada. Dispusieron baldosas hexagonales pequeñas (S) y grandes (L), así como de paralelogramo (P), en un espacio bidimensional según medios metálicos (la forma general de la famosa proporción áurea y plateada), creando mosaicos en forma de panal que introdujeron una modulación. Un patrón que representa una estructura modulada inusual.
“Presentamos una aproximación hexagonal metálica de la red alveolar, cerrando la brecha entre los cuasicristales y las estructuras incompletamente moduladas”, dice Koga.
La aperiodicidad está estrechamente relacionada con la distancia entre las posiciones atómicas en la red cristalina. En los cuasicristales, estas distancias se definen como números irracionales abarcados por dos escalas de longitud, mientras que en las estructuras moduladas IC no son fijas. Los investigadores utilizaron una aproximación aperiódica para organizar los mosaicos dentro de la red cristalina. Diferenciaron lo irracional en la red según los medios metálicos, como el medio dorado, el medio plateado y el medio bronce. Específicamente, dispusieron las baldosas de tal manera que la relación entre la longitud larga (que representa el tamaño del hexágono grande) y la longitud corta (basada en el lado del hexágono pequeño y la baldosa paralela) correspondiera a diferentes fuentes metálicas.
Inicialmente, la disposición de los mosaicos alrededor de la media áurea da como resultado una proporción de longitud con líneas paralelas y mosaicos hexagonales más grandes entrelazados con mosaicos hexagonales más pequeños, creando una estructura cuasicristalina ordenada pero no periódica. Sin embargo, a medida que aumentó la proporción de metal promedio, las baldosas hexagonales más grandes comenzaron a agregarse, formando dominios en forma de panal, que se consideran estructuras moduladas por IC.
Los investigadores identificaron patrones de mosaico metálicos en polímeros utilizando terpolímero tribloque ISP (I: poliisopreno, S: poliestireno y P: poli (2-vinilpiridina)). A partir de imágenes del polímero mediante microscopio electrónico de transmisión, observaron que la disposición del polímero se puede representar mediante mosaicos L, P y S con una región regular de mosaicos L en el medio y mosaicos P a su izquierda. Los mosaicos P se interpretan mediante límites gemelos que marcan transiciones entre diferentes orientaciones de los mosaicos L.
Este patrón de mosaico también se observó en partículas coloidales. Los investigadores simularon el comportamiento de 10.000 partículas coloidales que interactúan con un potencial de Lennard-Jones-Gauss y descubrieron que la disposición ideal de las partículas es un mosaico metálico formado por triángulos superior e inferior.
“Nuestro estudio destaca la efectividad de las aproximaciones aperiódicas en la incorporación de modulación dentro de sistemas autónomos de materia blanda utilizando el grupo de planos P31m. Específicamente, modelamos filas de mosaicos P en un dominio de red en forma de panal. utilizado como límite, uniendo así los metalicones Q- metálicos y redes alveolares moduladas por circuitos integrados”, afirma Koga. “Estos resultados proporcionan información sobre el ámbito de los cristales aperiódicos y sus amplias implicaciones para las estructuras de las paredes de dominio en diversos campos”.
