Quel bimbo di 10 anni che scoprì la struttura dei quasicristalli

I cristalli normali hanno una simmetria traslazionale, dove la stessa unità è ripetuta di continuo senza rotazione. I Quasicristalli hanno una simmetria rotazionale, dove la stessa unità è ripetuta di continuo, ma con una rotazione angolare.

I quasicristalli sono forme strutturate sia ordinate che non periodiche. Formano schemi che riempono tutto lo spazio ma mancano di simmetria traslazionale. Il termine e il concetto sono stati introdotti in origine per descrivere una disposizione specifica osservata in solidi che possono essere definiti in uno stato intermedio tra il cristallo e il vetro. Producendo la diffrazione di Bragg, condividono una proprietà con i cristalli, ma differiscono da questi perchè mancano di una struttura che si ripete. ( I Quasicristalli )

Le loro proprietà ottiche sono rivoluzionarie.
Un innovativo metodo nanotecnologico consente di creare in laboratorio strutture cristalline ordinate che non ripetono mai se stesse .

Alcuni fisici dell’Università di New York hanno utilizzato un innovativo metodo nanotecnologico per creare quasicristalli tridimensionali. Lo studio, diretto da David Frier e Yael Roichman, è stato pubblicato sul numero dell’11 luglio della rivista “Optics Express”. Scoperti a metà degli anni ottanta, i quasicristalli differiscono dai cristalli convenzionali perché la loro struttura periodica non si ripete mai pur essendo estremamente ordinata. Sono infatti privi di simmetria traslazionale, anche se presentano un’altra caratteristica tipica dei cristalli, la simmetria rotazionale. I quasicristalli metallici creati a partire da leghe esotiche si sono rivelati promettenti per immagazzinare idrogeno in modo più efficiente rispetto ai normali cristalli. La loro struttura può potenzialmente rinforzare molti prodotti industriali e commerciali. ( Quasicristalli fotonici tridimensionali )


“Ci ho messo una vita per imparare a disegnare come un bambino”. 
Picasso

Il chimico Sven Hovmöller, dell’Università di Stoccolma, si è concentrato sugli studi che riguardano materiali noti come quasicristalli (di cui, qui sul blog, avevamo già parlato). Sono delle strutture aperiodiche, il che vuol dire che non mostrano la caratteristica ripetizione rigida degli elementi che costituiscono i cristalli, come nel caso del cloruro di sodio. L’esistenza di questa forma di materia, scoperta in laboratorio, ha tolto il sonno ai chimici e ai fisici per lungo tempo, giacchè inizialmente la loro struttura era indecifrabile: nemmeno i computer, che venivano utilizzati per delineare le strutture dei composti, riuscirono ad interpretare questo quasicristallo …

Hovmöller ne ha studiato la disposizione degli atomi per più di 25 anni, concentrandosi sul sistema Alluminio-Cobalto-Nichel (Al-Co-Ni), e una prima illuminazione su come fosse il riarrangiamento atomico gli venne dalla visione di un poster presentato da uno studente – Markus Döblinger – in una conferenza: la figura mostrava un’immagine di microscopia elettronica, di un’approssimazione della struttura Al-Co-Ni. Hovmöller invitò lo studente a fare il post-dottorato nel suo laboratorio, ma la loro collaborazione non fu sufficiente giacché, anche coinvolgendo altri ricercatori, non riuscirono a venire a capo definitivamente della struttura del quasicristallo.

Dopo anni di “duri e noiosi tentativi”, come li definì lo stesso scienziato, ebbe un’idea geniale: chiedere aiuto a suo figlio di 10 anni, Linus. Il duo padre-figlio cominciò a darsi da fare nel miglior luogo del mondo dove discutere delle proprie idee: la cucina di casa. Così per due giorni consecutivi, Hovmöller mostrò a suo figlio tutti i risultati delle diffrazioni a raggi X, spiegandogli anche la posizione teorica in cui avrebbero dovuto trovarsi gli atomi; il bimbo, d’altro canto, quando non capiva a quale conclusione volesse giungere il padre, lo interrompeva facendogli domande. La semplicità con cui ragiona un bimbo di 10 anni, e le domande che poneva al padre hanno portato lo scienziato ad avere nuove e più chiare idee sulla struttura dei quasicristalli. Fù così che in due giorni trovarono la soluzione di quattro nuove conformazioni del quasicristallo.

Hovmöller inserì il nome del figlio, Linus, tra gli autori nella sua pubblicazione, finalmente avvenuta nel 1982.

Nonostante tutto, però, non tutte le strutture dei quasicristalli Al-Co-Ni vennero risolte definitamente. Il lavoro che hanno portato avanti lo scienziato ed il figlio è servito a mappare la ripetizione del motivo del quasicristallo in quattro strutture approssimative, anche se non riportavano delle coordinate atomiche ben definite. Sebbene si conosca il 90% degli atomi che lo caratterizzano, non si conosce la minoranza degli atomi che interagiscono, svolgendo un ruolo cruciale per la struttura del quasicristallo. Hovmöller e suo figlio hanno però fornito un ottimo punto di partenza riguardo i quasicristalli, in maniera tale che in futuro lo studio del composto dovrà essere solo raffinato. Ciò che è certo, è che – a detta di Hovmöller – Linus si è così annoiato nell’aiutarlo, che non sarà lui a risolvere definitivamente la struttura del quasicristallo.

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