Unos físicos descubren laberintos atómicos en cuasicristales con aplicaciones industriales revolucionarias
Marcin Jozwiak, Unsplash
Un equipo internacional de físicos ha realizado un descubrimiento revolucionario que podría transformar diversos procesos industriales, desde la captura de carbono hasta la producción de fertilizantes.
El hallazgo revela la existencia de intrincados laberintos atómicos en estructuras conocidas como cuasicristales, cuyas propiedades únicas prometen avances significativos en campos como la microscopía de alta resolución y la adsorción molecular.
El estudio, liderado por el Dr. Felix Flicker de la Universidad de Bristol, se centra en la creación de rutas matemáticas llamadas «ciclos hamiltonianos» en la superficie de cuasicristales.
Estos ciclos, inspirados en el movimiento del caballo en el ajedrez, permiten visitar cada átomo de la superficie exactamente una vez, formando laberintos de complejidad fractal.
«Nuestro descubrimiento abre un nuevo campo de investigación en la interfaz entre la física de la materia condensada y la matemática pura. Los laberintos que hemos identificado no solo son fascinantes desde un punto de vista teórico, sino que también ofrecen soluciones prácticas a problemas industriales complejos», explicó el Dr. Flicker.
Los cuasicristales, descubiertos por primera vez en 1982 por Dan Shechtman (ganador del Premio Nobel de Química en 2011), son estructuras cristalinas que desafían las leyes convencionales de la cristalografía.
A diferencia de los cristales comunes, que presentan patrones atómicos repetitivos, los cuasicristales exhiben un orden de largo alcance sin periodicidad.
Esta característica única los dota de propiedades excepcionales que los científicos apenas comienzan a comprender y aprovechar.
El equipo de investigación utilizó técnicas avanzadas de modelado computacional para generar y analizar estos laberintos atómicos.
Sus resultados demuestran que los cuasicristales podrían ser extraordinariamente eficientes en procesos de adsorción, donde las moléculas se adhieren a superficies sólidas.
Esta propiedad los convierte en candidatos ideales para aplicaciones como la captura y almacenamiento de dióxido de carbono, un área crucial en la lucha contra el cambio climático. La Dra. Emily Chen, experta en ciencia de materiales de la Universidad de Stanford, comentó que este trabajo representa un avance significativo en la comprensión de los cuasicristales y sus posibles aplicaciones.
Aseguró que la idea de utilizar estas estructuras exóticas para mejorar procesos industriales es realmente innovadora.
Uno de los aspectos más prometedores de la investigación es su potencial para optimizar la microscopía de efecto túnel de barrido, una técnica fundamental en la nanotecnología.
Los ciclos hamiltonianos descubiertos por el equipo podrían reducir drásticamente el tiempo necesario para obtener imágenes de alta resolución de superficies atómicas, acelerando así el desarrollo de nuevos materiales y dispositivos.
El descubrimiento también tiene implicaciones significativas para la industria química.
Los cuasicristales podrían revolucionar procesos catalíticos como el de Haber-Bosch, utilizado en la producción de amoníaco para fertilizantes.
La estructura única de los cuasicristales podría permitir una adsorción más eficiente de las moléculas reactivas, mejorando el rendimiento y reduciendo el consumo de energía en estos procesos industriales críticos.
«Si podemos desarrollar catalizadores basados en cuasicristales que mejoren la eficiencia del proceso Haber-Bosch, incluso en un pequeño porcentaje, el impacto en la producción mundial de alimentos y la sostenibilidad agrícola sería enorme», expresó Alexei Sokolov, químico industrial de la Universidad de Texas en Austin.
A pesar del entusiasmo generado por estos hallazgos, los investigadores advierten que aún queda mucho trabajo por hacer antes de que estas aplicaciones se materialicen en la industria.
El siguiente paso será sintetizar y caracterizar cuasicristales específicamente diseñados para estas aplicaciones, un desafío que requerirá la colaboración de físicos, químicos e ingenieros de materiales.
El Dr. Flicker dijo que considera que estos laberintos atómicos podrían ser la clave para resolver algunos de los desafíos más apremiantes en energía, medio ambiente y tecnología de materiales.
Esta investigación no solo arroja luz sobre las propiedades fascinantes de los cuasicristales, sino que también destaca el poder de la colaboración interdisciplinaria en la ciencia moderna.
A medida que los científicos continúan explorando las aplicaciones prácticas de estos descubrimientos, es probable que veamos surgir una nueva era de materiales y procesos industriales inspirados en la geometría única de los cuasicristales.
