Dan Shechtman identificó cuasicristales en 1982, ganando el Nobel de Química 2011 por sus aplicaciones en recubrimientos y materiales resistentes.
Descubrimiento de cuasicristales por Dan Shechtman en 1982
El científico israelí Dan Shechtman descubrió los cuasicristales el 8 de abril de 1982, mientras trabajaba en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología en Estados Unidos. Analizando una aleación de aluminio y manganeso mediante un microscopio electrónico, observó un patrón atómico que desafiaba las leyes de la cristalografía clásica. A diferencia de los cristales convencionales, que presentan un orden periódico, los cuasicristales exhiben una simetría no periódica, similar a los mosaicos árabes, con patrones regulares que no se repiten.
Este hallazgo, publicado en 1984, generó controversia en la comunidad científica. Los patrones observados, con simetrías de cinco y diez pliegues, se consideraban imposibles según la teoría cristalográfica. Shechtman enfrentó críticas severas, incluyendo las del doble nobel Linus Pauling, quien rechazó la existencia de tales estructuras. A pesar de la oposición, Shechtman defendió sus datos empíricos, lo que llevó a la redefinición de la cristalografía moderna.
En 1992, la Unión Internacional de Cristalografía modificó su definición de cristal para incluir los cuasicristales, validando el trabajo de Shechtman. Su descubrimiento fue reconocido con el Premio Nobel de Química en 2011, otorgado por la Real Academia Sueca de Ciencias, que destacó su impacto en la comprensión de la materia sólida.
Los cuasicristales presentan propiedades únicas debido a su estructura no periódica. Son extremadamente duros, resistentes a la deformación y poseen baja conductividad térmica y eléctrica. Estas características los convierten en materiales ideales para aplicaciones industriales, como recubrimientos protectores y componentes de alta resistencia.
Datos clave sobre cuasicristales y sus aplicaciones
- Fecha de descubrimiento: 8 de abril de 1982, por Dan Shechtman.
- Primera aleación: Aluminio-manganeso, con simetría de diez pliegues.
- Conductividad: Baja conductividad térmica y eléctrica, similar a materiales amorfos.
- Aplicaciones: Recubrimientos antiadherentes, agujas quirúrgicas, componentes de motores diésel.
- Presencia natural: Encontrados en minerales del río Khatyrka, Rusia, en 2009.
Propiedades estructurales y aplicaciones industriales
La estructura de los cuasicristales se basa en un orden atómico que sigue reglas matemáticas, como la proporción áurea, pero sin periodicidad. Esta disposición genera una baja energía superficial y un coeficiente de fricción reducido, lo que los hace ideales para recubrimientos antiadherentes. Empresas como la sueca Sandvik han incorporado cuasicristales en aceros inoxidables reforzados, utilizados en cuchillas quirúrgicas y agujas para cirugía ocular debido a su alta resistencia a la corrosión.
Los cuasicristales también se emplean en la fabricación de componentes para motores diésel y equipos de cocina, como sartenes, debido a sus propiedades antiadherentes. Además, su baja conductividad térmica permite su uso como aislantes en sistemas que requieren disipación de calor controlada, como en la conversión de calor en electricidad.
Desde el descubrimiento de Shechtman, se han sintetizado cientos de cuasicristales en laboratorios, utilizando aleaciones de metales como cobalto, hierro y níquel. En 2009, un equipo de investigadores encontró cuasicristales naturales en minerales del río Khatyrka, Rusia, compuestos de aluminio, cobre y hierro, confirmando que estas estructuras pueden formarse en condiciones geológicas específicas.
La investigación sobre cuasicristales continúa expandiéndose, con experimentos enfocados en su integración en materiales compuestos y polímeros. Por ejemplo, partículas cuasicristalinas incrustadas en plásticos refuerzan engranajes en ventiladores y sistemas de aire acondicionado, mejorando su durabilidad.
Impacto científico y trayectoria de Dan Shechtman
Dan Shechtman, nacido en Tel Aviv en 1941, es profesor en el Instituto Tecnológico de Israel (Technion) y en la Universidad Estatal de Iowa. Obtuvo su doctorado en ingeniería de materiales en 1972 y trabajó en los Laboratorios de Investigación Wright Patterson AFB en Ohio antes de su descubrimiento. Su trabajo no solo transformó la química de materiales, sino que también inspiró avances en matemáticas y física, debido a la relación de los cuasicristales con conceptos como el número áureo.
Antes del Nobel, Shechtman recibió reconocimientos como el Premio Wolf en Física (1999), el Premio Israel de Física (1998) y el Premio Rothschild en Ingeniería (1990). Su perseverancia frente al escepticismo científico, incluyendo la expulsión de su grupo de investigación inicial, marcó un hito en la historia de la ciencia.
El descubrimiento de los cuasicristales desafió paradigmas establecidos y abrió nuevas líneas de investigación. Los científicos han explorado su potencial en campos como la fotónica, con la creación de cuasicristales fotónicos, y en la metalurgia, con aleaciones más resistentes. La empresa Sandvik destacó que las partículas cuasicristalinas en el acero actúan como una armadura, impidiendo dislocaciones y aumentando la durabilidad del material.
El legado de Shechtman se extiende a la educación y la divulgación científica. En 2015, dictó conferencias en universidades de América Latina, como en Montevideo, sobre la importancia de los cuasicristales en la cristalografía moderna. Su trabajo sigue siendo una referencia en el estudio de materiales avanzados.