Tra le lezioni di chimica, pietre preziose, ed elettronica, l'idea dei cristalli, questo è, sostanze con una disposizione ordinata e periodica degli atomi è abbastanza comune. Ma circa 40 anni fa, una strana particella è stata scoperta dagli scienziati che non è ancora diventata un luogo comune nel nostro mondo:i quasicristalli. Queste sono strutture con curiose disposizioni atomiche, quale, mentre superficialmente simile ai cristalli, mancanza di periodicità nonostante sia stato ordinato. A causa delle loro strutture, i quasicristalli presentano simmetrie proibite ai cristalli e sono dotati di proprietà interessanti che i cristalli non possono mostrare, come l'elevata resistenza al flusso di calore, flusso di corrente, e corrosione.

Dalla loro scoperta, i quasicristalli sono stati ampiamente studiati dagli scienziati dei materiali di tutto il mondo. A causa della loro rarità, gli scienziati hanno spesso fatto ricorso allo studio di modelli che li imitavano, chiamate approssimanti. Recentemente, in una classe di approssimanti a base d'oro, chiamati "approssimanti di tipo Tsai", è stata rilevata la presenza di un ordine magnetico il cui tipo può essere controllato dalla composizione degli approssimanti:un'eccitante possibilità da esplorare per gli scienziati dei materiali.

In tali approssimazioni di crescente complessità, come quello composto d'oro (Au), alluminio (Al), e terbio (Tb), l'ordine magnetico è risultato essere antiferromagnetico, dove ogni ione nel cristallo agisce come un piccolo magnete con i suoi poli opposti a quelli dei suoi vicini. In un nuovo studio pubblicato su Revisione fisica B, Prof. Ryuji Tamura della Tokyo University of Science (TUS), Giappone, insieme ai suoi colleghi Sam Coates di TUS, e Hem Raj Sharma e Ronan McGrath dell'Università di Liverpool, esplorato la struttura atomica della superficie antiferromagnetica questo approssimante di tipo Tsai. Prof. Tamura, che ha condotto lo studio, afferma:"Gli approssimanti Tsai a base di Au sono poco studiati rispetto alle loro controparti a base di argento (Ag), in particolare nel campo della scienza delle superfici. La comprensione delle strutture di questi materiali di tipo Tsai consentirà interpretazioni approfondite delle loro proprietà specifiche, come transizioni magnetiche, caratteristiche elettroniche, e superconduttività." Il loro studio ha prodotto risultati inaspettati.

Gli elementi costitutivi degli approssimanti di tipo Tsai sono "cluster di tipo Tsai", gusci poliedrici il cui numero di lati dipende dalla variante dell'approssimante. Nel loro studio, Il team del Prof. Tamura ha scelto una variante 1/1 dell'approssimante Au-Al-Tb in cui un'unità tetraedrica era racchiusa all'interno di un dodecaedro, icosaedro, icosidodecaedro, e triacontaedro rombico. Gli atomi di Tb occupavano i vertici dell'icosaedro mentre gli atomi di Au/Al occupavano i vertici dei rimanenti gusci.

Gli scienziati hanno esaminato una superficie specifica di un singolo cristallo di Au-Al-Tb 1/1 utilizzando un microscopio a effetto tunnel (STM) e hanno supportato le loro osservazioni con calcoli della teoria del funzionale della densità (DFT).

Hanno scoperto che la superficie aveva una peculiare struttura simile a una terrazza a gradini con le terrazze che terminavano in piani contenenti atomi di Tb e un'altezza del gradino che, interessante, sembrava ridurre al minimo il numero di icosaedri incompleti. Per di più, hanno scoperto che la struttura della terrazza dipendeva dal segno della tensione di polarizzazione applicata al campione. Mentre in polarizzazione positiva, gli atomi di Tb mostravano una disposizione romboedrica o esagonale, la polarizzazione negativa ha rivelato che gli atomi di Au/Al sono disposti in una struttura lineare simile a una riga, una sorta di commutazione mai osservata prima in un materiale di tipo Tsai. "Poiché questo è il primo materiale di tipo Tsai a mostrare un tale schema, dobbiamo indagare ulteriormente sui tipi di Tsai a base di Au per valutare se la composizione chimica ha un ruolo da svolgere nella struttura della superficie, " commenta il Prof. Tamura. Le osservazioni erano coerenti con i calcoli DFT.

Mentre i quasicristalli hanno trovato diverse applicazioni, che vanno dagli strumenti chirurgici, LED per padelle antiaderenti, sono ben lungi dall'essere ben compresi e le recenti scoperte in strutture quasi cristalline servono a suggerire le possibilità esotiche non sfruttate che nascondono. "La struttura unica della superficie di tipo Tsai suggerisce che i quasicristalli potrebbero essere utilizzati come modello per l'adsorbimento molecolare nella creazione di film sottili semiconduttori organici, " Afferma il Prof. Tamura. "La comprensione di come il cambiamento della struttura corrisponda al magnetismo può aprire le porte a nuove applicazioni, " Aggiunge.

Una cosa è certa:il quasicristallo è un po' più chiaro!