Quasicristallo
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
I quasicristalli sono una particolare forma di solido nel quale gli atomi sono disposti in una struttura deterministica ma non ripetitiva. Vennero osservati per la prima volta da Dan Shechtman nel 1982.
Indice |
[modifica] Schemi nei quasicristalli
In un normale solido cristallino la posizione degli atomi è disposta in un reticolo periodico di punti, che si ripetono nelle 3 dimensioni allo stesso modo in cui si ripete la struttura di un favo d'alveare: ogni cella ha uno schema identico di celle che la circondano. Nei quasicristalli lo schema è solamente quasiperiodico. La disposizione locale degli atomi è fissa e regolare, ma non è periodica in tutto il materiale: ogni cella ha una configurazione differente di celle che la circondano.
I quasicristalli sono notevoli in quanto alcuni di essi presentano una simmetria pentagonale. Nei cristalli ordinari sono possibili solo simmetrie di ordine 1, 2, 3, 4 e 6. Questa è una conseguenza geometrica del riempimento dello spazio con solidi congruenti - queste sono le uniche simmetrie che possono riempire lo spazio. Prima della scoperta del quasicristalli, si pensava che la simmetria pentagonale non potesse occorrere, perché non esistono tassellature o gruppi spaziali che riempiano lo spazio ed abbiano simmetria pentagonale. I quasi cristalli hanno aiutato a ridefinire la nozione di cosa rende tale un cristallo, poiché non possiedono una unità che si ripete ma mostrano alti picchi di diffrazione.
Esiste una forte analogia tra i quasicristalli e la tassellatura di Penrose, di Roger Penrose. Infatti, alcuni quasicristalli possono essere affettati in modo tale che gli atomi sulla superficie seguono esattamente lo schema di una tassellatura di Penrose.
[modifica] L'interpretazione geometrica
Per uno schema periodico, se si riempie tutto lo spazio con tale schema, si può far scivolare lo schema in una certa direzione, ed ogni atomo si troverà esattamente dove nello schema originale c'era un atomo.
Per uno schema quasiperiodico, se si riempie lo spazio con esso, non esiste una distanza a cui spostare lo schema in modo che ogni atomo occupi esattamente lo spazio di un altro atomo dello schema originale. Comunque, è possibile prendere una regione delimitata, non importa quanto grande, e farla scivolare in modo da farla combaciare esattamente con qualche altra parte dello schema originale.
Esiste una semplice relazione tra schemi periodici e quasiperiodici. Ogni schema quasiperiodico di punti può essere formato da uno schema periodico in qualche dimensione superiore.
Ad esempio, per creare lo schema per un quasicristallo tridimensionale, si può partire con una griglia regolare di punti in uno spazio a sei dimensioni. Si consideri lo spazio tridimensionale come un sottospazio lineare che passa attraverso lo spazio a sei dimensioni con un certo angolo. Si prenda ogni punto nello spazio a sei dimensioni che sia ad una certa distanza dal sottospazio tridimensionale. Si proiettino questi punti nel sottospazio. Se l'angolo è un numero irrazionale come la sezione aurea, lo schema sarà quasiperiodico.
Ogni schema quasiperiodico può essere generato in questo modo. Ogni schema generato in questo modo sarà periodico o quasiperiodico.
Questo approccio geometrico è un modo utile per analizzare i quasicristalli fisici. In un cristallo, i difetti sono punti dove lo schema è interrotto. In un quasicristallo, i difetti sono punti dove il "sottospazio" tridimensionale viene piegato, o corrugato, o spezzato, poiché passa attraverso uno spazio di più alta dimensione.
[modifica] La fisica dei quasicristalli
I sistemi del mondo reale sono finiti e imperfetti, quindi la distinzione tra i quasicristalli e le altre strutture è una questione sempre aperta. Sin dalla scoperta originale di Shechtman sono stati riportati e confermati centinaia di quasicristalli. Tali strutture si trovano molto spesso nelle leghe di alluminio (Al-Ni-Co, Al-Pd-Mn, Al-Cu-Fe), ma sono possibili anche in altri composti (Ti-Zr-Ni, Zn-Mg-Ho, Cd-Yb). Sono stati proposti diversi meccanismi per spiegare la generazione dei quasicristalli ed essi sono ancora in fase di discussione. Le proprietà fisiche dei quasicristalli sono ancora in fase di studio e si stanno ottenendo nuovi risultati. Dal 2004 diversi gruppi di ricerca riportano prove per ordinare i quasicristalli nei liquidi e nei polimeri. Tali eventi sono stati riconosciuti come quasicristalli liquidi o, più generalmente, leggeri.
[modifica] Bibliografia
- D. P. Di Vincenzo e P. J. Steinhardt. Quasicrystals: The State of the Art. Directions in Condensed Matter Physics, Vol 11. 1991. ISBN 9810205228.
