Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next, donde se publicó originalmente

Este es el Año Internacional de la Cristalografía, por ello es quizás tan llamativo que sea este en el que se afirme que los cristalógrafos y los físicos del estado sólido han estado usando la idea equivocada durante los últimos cien años: para comprender la mayoría de los materiales no habría que partir del concepto de cristal sino del de anticristal, un sólido teórico que está completamente desordenado. Al menos esto es lo que afirma un grupo de investigadores encabezado por Carl Goodrich, de la Universidad de Pensilvania (EE.UU.), en un trabajo que publican en Nature Physics.

La idea fundamental es bastante simple: a la hora de intentar comprender las propiedades mecánicas de un material real (existente o que se esté diseñando) sería más conveniente en la mayoría de los casos empezar considerando un anticristal e ir añadiendo orden, en vez de empezar con un cristal perfecto e ir añadiendo desorden. Simplemente porque en la realidad la mayoría de los materiales tienen algo de desorden, lo que hace que tengan más en común con un anticristal que con un cristal perfecto.

Salvo en condiciones extremadamente bien controladas ningún cristal es perfecto, siempre hay zonas de desorden, los llamados defectos. Los materiales amorfos, los no cristalinos, pueden tener regiones en ellos en las que se repitan patrones pero no hay ningún orden general. Por ello las propiedades de los vídrios o los plásticos, que son amorfos, no se pueden deducir a partir de un cristal perfecto. El problema es que trabajar desde el otro extremo, el desorden perfecto, no era posible hasta ahora.

Lo que muestran Goodrich et al en este trabajo es que existe un punto de partida a partir del que se puede comprender por qué vidrios diferentes tienen propiedades similares: el cambio de fase que tiene lugar cuando un fluido se convierte en un sólido desordenado bajo presión, la transición de apiñamiento o jamming.

Aparte del enfriamiento, por el que al agua se ordena en hielo, existe otra forma de producir un sólido que es apiñando partículas (átomos, moléculas o, incluso, granos de arena), impidiendo que se muevan y sometiendolas a alta presión.

El estudio de los detalles del comportamiento del sistema de partículas en las cercanías de este punto crítico que es el cambio de fase da información sobre cómo se comportará el sistema lejos de él. Y esto sería válido tanto para sólidos amorfos como cristalinos, es decir, que incluso materiales bastante ordenados presentan comportamientos más próximos a los del anticristal que a los del cristal perfecto.

Tener un mejor punto de partida para predecir el comportamiento mecánico no sólo de nuevos vidrios y plásticos sino también de materiales cristalinos sería una revolución tanto para la investigación fundamental como para el diseño industrial.

Referencia:

Goodrich C.P. & Sidney R. Nagel (2014). Solids between the mechanical extremes of order and disorder, Nature Physics, DOI: http://dx.doi.org/10.1038/nphys3006

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance