Mentre è affascinante che le creature viventi sviluppino modelli distinti sulla loro pelle, ciò che può essere ancora più misterioso è la loro sorprendente somiglianza con la pelle dei metalli liquidi congelati.

La formazione del modello è un classico esempio di una delle meraviglie della natura su cui gli scienziati hanno riflettuto per secoli. Intorno al 1952, il famoso matematico Alan Turing (padre dei computer moderni) elaborò un modello concettuale per spiegare il processo di formazione di schemi di un sistema a due sostanze. Tali modelli sono anche chiamati modelli di Turing da allora in poi.

La formazione del modello è anche comunemente adottata dai sistemi artificiali e questo è particolarmente vero nel campo della metallurgia. Ha anche un sottocampo chiamato "metallografia, " specializzata nello studio di modelli e composizioni in microscala di metalli e leghe. Se si smonta una lega multicomponente e si osservano le sue sezioni trasversali, c'è una buona probabilità che vedrai strisce alternate o punti allineati di diversi componenti metallici, proprio come una versione microscopica dei motivi sulla pelle di una zebra o di un leopardo. Però, nonostante l'antica conoscenza del nucleo delle leghe metalliche liquide e dei loro modelli di solidificazione in massa, il loro fenomeno di formazione del modello di superficie è stato a lungo trascurato fino ad ora.

In un lavoro pubblicato sulla rivista Nanotecnologia della natura , ricercatori dell'Università del New South Wales (UNSW) Sydney e i loro collaboratori dell'Università di Auckland (il MacDiarmid Institute), RMIT, e UCLA hanno scoperto che diversi tipi di modelli si verificano sulla superficie delle leghe metalliche solidificate. Il team ha utilizzato miscele metalliche a due componenti, come le leghe a base di gallio contenenti piccole quantità di bismuto. Queste leghe si sciolgono facilmente in una mano e quindi rendono conveniente l'osservazione e il controllo sperimentali.

"Potevamo osservare il processo di solidificazione della superficie sotto un normale microscopio ottico e sono rimasto stupito quando ho visto per la prima volta un fronte di solidificazione sulla superficie del metallo liquido che creava modelli solidi dietro di esso, " ha detto il dottor Jianbo Tang, l'autore principale dell'opera. "Puoi immaginare la scena di un ghiacciaio che si muove sulla superficie dell'oceano, ma tutto ciò che si vede al microscopio è metallico e microscopico." Ha aggiunto il dottor Tang.

Per vedere i dettagli più fini del ghiacciaio metallico, è stata utilizzata la microscopia elettronica, e i ricercatori hanno osservato un caleidoscopio di modelli altamente ordinati tra cui strisce alternate, fibre curve, matrici di punti, e alcuni ibridi esotici a strisce. Sorprendentemente, la squadra ha scoperto che, quando si formano questi modelli, l'abbondanza dell'elemento a bassa concentrazione di bismuto nella regione superficiale era molto aumentata. Tale arricchimento superficiale trovato in questo studio sfida la comprensione metallurgica convenzionale.

I ricercatori hanno collegato la magia dietro questo fenomeno di solidificazione appena osservato alle strutture superficiali uniche dei metalli liquidi e hanno anche usato dei super computer per simulare il processo. Nelle loro simulazioni al computer, gli atomi di bismuto in piccolo numero, apparentemente muoversi casualmente in un mare di atomi di gallio, sono stati osservati accumularsi sulla superficie della lega.

"Questo fenomeno di solidificazione superficiale precedentemente ignorato migliora la nostra comprensione fondamentale delle leghe metalliche liquide e dei loro processi di transizione di fase. Inoltre, questo processo superficiale autonomo può essere utilizzato come strumento di modellazione per la progettazione di strutture metalliche e la creazione di dispositivi per applicazioni avanzate nell'elettronica e nell'ottica del futuro", ha affermato il prof. Kourosh Kalantar-Zadeh, un corrispondente autore dello studio.