Imagina un mosaico que, mientras crece, se encuentra con una piedra: ¿se rompería el patrón o lo rodearía sin dejar rastro? En los cristales ordinarios, los obstáculos durante el crecimiento suelen crear defectos que se propagan y acaban debilitando la estructura. Un trabajo reciente muestra que los cuasicristales —materiales con orden atómico pero sin periodicidad— pueden, sorprendentemente, rodear huecos relativamente grandes sin perder su orden a escala atómica.
En un cristal convencional los átomos ocupan posiciones que se repiten exactamente en el espacio. Si ese orden se interrumpe —por ejemplo por una impureza o un poro—, la perturbación puede propagarse lejos y generar fallos como dislocaciones o límites de grano, puntos débiles frente a la fractura o la corrosión.
Los cuasicristales, descubiertos en 1984 (véase La simetría prohibida del arte islámico), son distintos: su orden es aperiódico. Exhiben simetrías que no están permitidas en cristales periódicos (por ejemplo, pentagonales o decagonales), y no es posible desplazar una parte del patrón y superponerla exactamente con otra. Esta falta de periodicidad da lugar a grados de libertad adicionales llamados fasones (phasons en inglés).
Los fasones son reorganizaciones colectivas de la red que permiten corregir desajustes locales sin que la perturbación se extienda por todo el material. A diferencia de los fonones (las vibraciones atómicas propagativas; véase Los fonones de los cuasicristales y la proporción áurea), los fasones tienen carácter difusivo: actúan como variables internas que reordenan la “decoración” atómica asociada a la proyección geométrica del cuasicristal. En términos sencillos, permiten una autocorrección local del patrón, en lugar de generar ondas que viajan por el sólido.
Para comprobar hasta dónde llega esta capacidad de adaptación, el equipo de la Universidad de Michigan estudió un cuasicristal decagonal de Al–Co–Ni (Al₇₉Co₆Ni₁₅) y siguió su crecimiento en presencia de poros de ~10 µm, huecos que aparecen con frecuencia al solidificar metales. Con microtomografía de rayos X pudieron observar en 3D cómo el frente de crecimiento envolvía los poros. Sorprendentemente, no quedaron “muescas” ni defectos persistentes: el frente se adaptó de forma suave y la estructura cuasicristalina se mantuvo.
Las simulaciones de dinámica molecular apoyaron la observación experimental. Al principio, el encuentro de frentes de crecimiento al otro lado del poro genera un defecto local; pero los fasones actúan rápidamente como un mecanismo de “autocuración” que restaura el orden. La teoría hidrodinámica sugiere que estos modos son difusivos y más lentos que los fonones; aun así, resultan eficaces para aliviar grandes disrupciones y recuperar la estructura.
Ese comportamiento tiene implicaciones prácticas. Si los cuasicristales toleran mejor la presencia de poros y otras imperfecciones inevitables en procesos de fundición o fabricación a gran escala, podrían dar lugar a aleaciones con mayor resistencia frente al desgaste o la corrosión. Es una vía prometedora, aunque aún quedan preguntas abiertas: por ejemplo, cómo influye exactamente la dinámica fásica en propiedades como el transporte térmico o la plasticidad, cuestiones que requieren más trabajo experimental y teórico.
En resumen: frente a un obstáculo que desestabilizaría un cristal convencional, los cuasicristales pueden adaptarse mediante reorganizaciones internas —los fasones—. Ese equilibrio entre orden y flexibilidad podría ser, paradójicamente, la clave de una mayor durabilidad en ciertos materiales.
Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance