Nel mondo della scienza dei materiali, molti hanno sentito parlare di cristalli, strutture altamente ordinate in cui gli atomi sono disposti in modo serrato e periodico (in cui si ripete la disposizione atomica). Ma, non molte persone conoscono i quasicristalli, che sono strutture uniche con strane disposizioni atomiche. come cristalli, i quasicristalli sono anche strettamente disposti, ma ciò che è diverso in loro è il fatto che possiedono una simmetria pentagonale senza precedenti, tale che la disposizione atomica è altamente ordinata ma non periodica.

Questa caratteristica distintiva conferisce loro proprietà uniche, come un'elevata stabilità, resistenza al calore, e basso attrito. Dalla loro scoperta solo circa 30 anni fa, gli scienziati di tutto il mondo hanno cercato di capire le proprietà dei quasicristalli, nel tentativo di fare ulteriori progressi nella ricerca sui materiali. Ma, questo non è facile, poiché i quasicristalli non sono prevalenti in natura. Per fortuna, hanno potuto utilizzare strutture simili ai quasicristalli, chiamati "approssimanti di tipo Tsai". La comprensione dettagliata di queste strutture potrebbe fornire informazioni sulle numerose proprietà dei quasicristalli. Una di queste proprietà è l'antiferromagnetismo, in cui i momenti magnetici sono allineati in un ordine quasi periodico, sorprendentemente distinto dagli antiferromagneti convenzionali. Questa proprietà non è mai stata osservata finora nei quasicristalli, ma la possibilità era eccitante per gli scienziati dei materiali, in quanto potrebbe essere un gateway per una pletora di nuove applicazioni.

In un nuovo studio pubblicato su Revisione fisica B:comunicazioni rapide , un team di scienziati della Tokyo University of Science, guidato dal Prof Ryuji Tamura, trovato per la prima volta che un tipo di approssimante di tipo Tsai mostra una transizione antiferromagnetica. Questa è stata una scoperta entusiasmante, poiché suggeriva che anche i quasicristalli potrebbero mostrare una tale transizione. Gli scienziati sapevano già che gli approssimanti di tipo Tsai hanno due varianti diverse:gli approssimanti 1/1 e 2/1.

La differenza principale tra i due è che le approssimanti 2/1 contengono un'unità romboedrica aggiuntiva nella loro struttura, che è assente nel tipo 1/1, rendendoli ancora più altamente ordinati e più vicini alla struttura dei quasicristalli. Ed è per questo che gli scienziati hanno voluto vedere le condizioni in cui le approssimanti 2/1 potrebbero mostrare antiferromagnetismo; ha creato la possibilità di vedere questa nuova proprietà anche nei quasicristalli. Il professor Tamura dice, "Le transizioni antiferromagnetiche sono state osservate in approssimanti 1/1, ma l'abbiamo osservato in un'approssimante 2/1 per la prima volta. Questo è interessante perché a differenza dell'approssimante 1/1, l'approssimante 2/1 contiene tutti i componenti necessari per costruire un quasicristallo."

Per dare uno sguardo più da vicino alle proprietà magnetiche delle approssimanti 2/1, gli scienziati hanno sintetizzato leghe metalliche con una struttura cristallina, che conteneva approssimanti sia 1/1 che 2/1. Utilizzando un dispositivo chiamato dispositivo di interferenza quantistica superconduttore (SQUID), hanno studiato le condizioni in cui le approssimanti hanno mostrato diverse proprietà magnetiche. interessante, hanno scoperto che un singolo parametro determina la presenza di antiferromagnetismo in entrambi i tipi di approssimanti. Questo era il rapporto tra elettroni per atomo, che differivano leggermente nei due tipi. Manipolando il rapporto elettrone per atomo, Il professor Tamura e il suo team hanno visto una "transizione" verso uno stato antiferromagnetico in entrambi i tipi di approssimanti. Questa proprietà era stata vista prima nel tipo 1/1 ma mai nell'approssimante 2/1. Questo è stato uno sviluppo entusiasmante, poiché la struttura altamente ordinata dell'approssimante 2/1 significava che poteva essere utilizzata per generare quasicristalli, rendendo questo il primo studio a mostrare la possibilità di quasicristalli antiferromagnetici.

Elaborando le loro scoperte, Il professor Tamura dice, "Siamo riusciti ad osservare, per la prima volta, transizioni antiferromagnetiche negli approssimanti 1/1 e 2/1 AFM nel stesso sistema di leghe." Aggiunge, "La nostra scoperta mostra chiaramente che l'ordine antiferromagnetico sopravvive nell'approssimante di ordine superiore 2/1, che ha tutti gli elementi costitutivi per creare un quasicristallo."

L'importanza dei quasicristalli, come nelle applicazioni di routine come la fabbricazione di padelle e aghi per l'agopuntura e la chirurgia, è ben nota. Ma, data la loro recentissima scoperta, non si è capito molto di ciò che li rende così unici. Mostrando l'esistenza dell'antiferromagnetismo in una struttura quasi cristallina, Il professor Tamura e il suo team hanno potenzialmente aperto la strada a maggiori sviluppi nella ricerca sui quasicristalli. Il prof Tamura conclude dicendo:"I quasicristalli antiferromagnetici non erano mai stati visti prima, e questa scoperta ha un grande impatto accademico." Aggiunge, "La possibilità dell'esistenza di quasicristalli antiferromagnetici è un grande passo avanti verso la decifrazione del mistero dei quasicristalli".