Los rayos extremadamente violentos que cayeron sobre una duna de arena en Nebraska crearon una extraña forma de cristal que rara vez se encuentra en la naturaleza.
En un trozo de fulgurita, o «rayo fosilizado», creado por un poderoso rayo que penetró y derritió la arena, los científicos han encontrado un cuasi-cristaluna ordenación de la materia que antes se creía imposible.
Este descubrimiento sugiere que existen vías hasta ahora desconocidas para la formación de cuasicristales, abriendo nuevas vías para su síntesis en el laboratorio.
El equipo de investigadores dirigido por el geólogo Lucas Bindyde El Universidad de Florencia (Italia), escribe en tu articulo:
«La investigación actual fue diseñada para investigar otro mecanismo potencial inspirado en la naturaleza para generar cuasicristales: la descarga eléctrica.
El descubrimiento de un cuasicristal en una fulgurita con una simetría de 12 veces raramente observada y una composición no reportada anteriormente indica que este enfoque también puede ser prometedor en el laboratorio».
Sandhills fulgurita. El cuasicristal se encontró en la sección de la derecha. Crédito: Bindi et al., PNAS, 2022
La mayoría de los sólidos cristalinos de la naturaleza, desde la simple sal de mesa hasta los diamantes más duros, siguen el mismo patrón: sus átomos están dispuestos en una estructura reticular que se repite en el espacio tridimensional.
Los sólidos que no tienen estas estructuras atómicas repetitivas (sólidos amorfos como el vidrio) tienden a ser un caos atómico, un revoltijo de átomos mezclados al azar.
Los cuasicristales rompen la regla: sus átomos están dispuestos en un patrón, pero ese patrón no se repite.
Cuasicristales, generados en condiciones extremas
Cuando surgió la idea de los cuasicristales en la década de 1980, se pensó que era imposible. Los sólidos pueden ser cristalinos o amorfos, no este extraño término medio. Pero luego los científicos los encontraron, tanto en el laboratorio como en la naturaleza, en meteoritos.
Desde entonces, los científicos han determinado que los cuasicristales en la naturaleza solo pueden formarse en condiciones extremas, con choques, temperaturas y presiones increíblemente altas.
El impacto de un meteorito a hipervelocidad es una de esas condiciones; de hecho, durante mucho tiempo fue el único entorno en el que se habían encontrado en la naturaleza, por lo que se pensó que este podría haber sido el único lugar donde se pudieron formar.
Entonces Bindi y su colega, el físico Pablo Steinhardt de El Universidad de Princetonjunto con su equipo encontraron un cuasicristal forjado durante una prueba de bomba atómica en 1945. Si bien no son exactamente condiciones «naturales», el descubrimiento sugirió que puede haber otros escenarios en los que se forman los cuasicristales.
Una sección transversal de la fulgurita de Sandhills (izquierda) y una imagen de microscopía electrónica de barrido (derecha). Crédito: Bindi et al., PNAS, 2022
cuasi-cristal nacido por un rayo
Los rayos son una de las fuerzas más poderosas de la naturaleza, golpean a una velocidad extrema y pueden calentar el aire por el que pasan. temperatura 5 veces mayor que la superficie del sol.
Y cuando golpea el suelo en el lugar correcto con suficiente fuerza, puede derretir la arena y dejar atrás una fulgurita, un «fósil» del camino que recorrió a través del suelo.
Todos los ingredientes están presentes: choques, temperatura y presión. Entonces Bindi, Steinhardt y sus colegas se propusieron encontrar fulguritas para cuasicristales.
Obtuvieron una muestra de fulgurita de la región de Sandhills en Nebraska, la recuperaron de un sitio cerca de una línea eléctrica caída y la sometieron a microscopía electrónica de barrido y transmitancia, para determinar su composición química y estructura cristalina.
La muestra consistió en arena fundida y restos de metal conductor fundido de la línea eléctrica. En el interior, los investigadores encontraron un cuasicristal dodecaédrico (de doce caras) con la composición Mn72,3Si15,6Cr9,7Al1,8Ni0,6, que no se había informado antes.
patrón único
Los átomos de este cuasicristal formaron uno patrón con una simetría de 12 plieguesdispuestos en un orden casi cristalino que es imposible en los cristales normales.
Imagen de microscopía electrónica de un cuasicristal, demostrando su orden y desorden. Crédito: Bindi et al., PNAS, 2022
No está claro si los rayos o las líneas eléctricas fueron los responsables de la electricidad que creó la fulgurita; sin embargo, según su análisis, el equipo determinó que la arena tenía que calentarse a por lo menos 1.710 grados Celsius (3.110 grados Fahrenheit) para hacer la fulgurita.
Esto, según los investigadores, proporciona pistas sobre cómo los científicos podrían crear cuasicristales en el laboratorio. Los cuasicristales encontrados en un meteorito sugirieron que la síntesis de choque podría ser una vía; Lightning ofrece nuevas posibilidades.
Los investigadores escriben en su artículo:
«El descubrimiento de un cuasicristal dodecagonal formado por un rayo o un corte de energía sugiere que los experimentos de descarga eléctrica pueden ser otro método para agregar a nuestro arsenal de métodos de síntesis».
Y el descubrimiento apunta a vías previamente pasadas por alto para la formación de cuasicristales, tanto en la Tierra como más allá.
Los investigadores agregaron:
«Los resultados presentados aquí, junto con las cantidades de oligoelementos medidos en cuasicristales naturales, abren la posibilidad de que las descargas eléctricas en la nebulosa solar temprana hayan jugado un papel clave no solo para explicar las condiciones reductoras requeridas, sino también para promover la formación de cuasicristales.
Los resultados de la investigación han sido publicados en Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
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