Un team di ricercatori internazionali ha scoperto un nuovo tipo di anomalia strutturale, o difetto, che può apparire nei quasicristalli, un materiale unico con alcune proprietà simili al cristallo ma una struttura più complessa.

Pat Thiel, chimico senior presso l'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, ha guidato la squadra internazionale, che comprende scienziati dell'Institut Jean Lamour della Nancy-Université in Francia.

Nei cristalli, un "difetto" si riferisce a qualsiasi deviazione dalla perfetta simmetria strutturale. Mentre il termine suggerisce una qualità indesiderabile, non tutti i difetti sono cattivi; molti controllano o influenzano le proprietà chiave dei materiali, come la purezza chimica, resistenza meccanica, conducibilità, colore, corrosività o proprietà superficiali. rubini, ad esempio, sono rossi a causa di un difetto che trasforma un cristallo altrimenti anonimo in una gemma preziosa.

I quasicristalli erano già noti per avere un tipo di difetto chiamato phason flip, che può formarsi in superficie. Il nuovo tipo di difetto è stato scoperto dopo che i ricercatori hanno osservato misteriose aree di dimensioni nanometriche su superfici quasicristalline. A differenza del phason flip, però, il nuovo tipo di difetto si estende oltre la regione superficiale e nella massa del quasicristallo.

"I quasicristalli sono materiali così affascinanti:sembrano mostrare sempre caratteristiche inaspettate, a partire dalla loro stessa esistenza, "disse Thiel, che è anche John D. Corbett Distinguished Professor of Chemistry della Iowa State University.

Non è stato fino al 1982, infatti, quando Dan Shechtman osservò l'apparentemente impossibile - una disposizione ben definita ma non ripetitiva di atomi al microscopio elettronico - che si scoprì l'esistenza dei quasicristalli. Ci volle ancora più tempo perché la comunità scientifica accettasse la loro esistenza. Shechtman, uno scienziato dei materiali con Ames Lab, Iowa State University e Technion-Israel Institute of Technology, ha vinto il Premio Nobel per la Chimica 2011 per la sua scoperta.

La recente scoperta del nuovo tipo di difetto mostra che i quasicristalli stanno ancora riservando sorprese. Sebbene il difetto del nanodominio non sia sempre presente - si verifica solo in determinate circostanze per aiutare a bilanciare i problemi energetici in competizione - la sua formazione in quei momenti consente l'esposizione di superfici ricche di metalli di transizione ad alta energia piuttosto che l'atteso alluminio a bassa energia- superfici ricche.

Poiché le nanostrutture sono promettenti per l'uso in una vasta gamma di applicazioni, dalla medicina all'elettronica, la comprensione della relazione tra difetti di superficie e di massa nei materiali può fornire maggiori informazioni sul motivo per cui le nanostrutture sono spesso insolitamente forti.

"È già noto che nei nanofili, la loro forza è legata al fatto che la superficie può 'cancellare' i difetti di massa, "Ha detto Thiel. "Ma poi alla fine in condizioni estreme anche un nanofilo può fallire, e anche la superficie sembra avere un ruolo in quell'evento. Quindi la relazione tra i difetti di superficie e quelli di massa è davvero molto importante".