Quasicristallo trovato in "fulmini fossilizzati"

Quasicristallo trovato in "fulmini fossilizzati"

Timestamp: 24 gennaio 2023 10:02

Sezione trasversale di fulgurite
Bolt from the blue: sezione trasversale di un campione di fulgurite trovato nel Nebraska che mostra metallo conduttore fuso da una linea elettrica abbattuta circondata da sabbia fusa. (Per gentile concessione di Luca Bindi et al)

Un quasicristallo probabilmente formatosi da una forte scarica elettrica attraverso una duna di sabbia è stato trovato da ricercatori con sede negli Stati Uniti e in Italia. La squadra, guidata da Paolo Steinhardt presso la Princeton University, spera che la loro scoperta possa portare allo sviluppo di nuove tecniche per la creazione di quasicristalli artificiali e aiutare gli scienziati a trovare altri campioni presenti in natura.

I quasicristalli sono materiali solidi con strutture atomiche che hanno un ordine a lungo raggio, ma mancano della simmetria traslazionale che si trova nei cristalli regolari. Al contrario, esibiscono solo simmetria rotazionale e questa curiosa disposizione conferisce ai quasicristalli una gamma di proprietà meccaniche, elettriche e ottiche esotiche. Una volta pensato per essere impossibile, i quasicristalli sono stati identificati per la prima volta nel 1982 e da allora sono state sviluppate diverse tecniche per sintetizzare questi materiali, tra cui la deposizione da vapore e la lenta tempra degli stati liquidi.

In natura, tuttavia, le condizioni necessarie per generare quasicristalli sono eccezionalmente rare e il primo campione presente in natura è stato identificato da Steinhardt e colleghi nel 2009. Ciò che è seguito è stato una spedizione in Siberia guidato da Steinhardt, cercando la fonte di quel campione e confermando che faceva parte di un meteorite.

"Fulmine fossilizzato"

Una volta stabilito che i quasicristalli esistono in natura, è partita la corsa alla ricerca di nuovi esempi. Ora, Steinhardt e colleghi hanno scoperto un nuovo tipo di quasicristallo all'interno di un campione di folgorite. Soprannominato "fulmine fossilizzato", i fulgori sono tubi di materiale fuso creati quando una grande corrente elettrica viaggia attraverso la sabbia. Il loro campione proviene dalle Sand Hills del Nebraska centro-settentrionale ed è stato scoperto vicino a una linea elettrica abbattuta, che ha contribuito con tracce di metallo al campione.

Con la composizione chimica Mn72.3Si15.6Cr9.7Al1.8Ni0.6, il quasicristallo era in un grano di dimensioni millimetriche intrappolato all'interno della folgorite. Lì, il quasicristallo coesisteva con un reticolo cubico più convenzionale. Il quasicristallo ha strati atomici equidistanti, ciascuno con una simmetria rotazionale di 12 volte, qualcosa che è impossibile nei normali cristalli con simmetria traslazionale.

Studiando il campione, Steinhardt e colleghi hanno potuto mettere insieme indizi sulla sua formazione. Credono che il quasicristallo si sia probabilmente formato durante una forte scarica elettrica attraverso la sabbia. Questo potrebbe essere stato il risultato della linea elettrica abbattuta, un fulmine o una combinazione di entrambi. Indipendentemente dalla sua origine, lo scarico avrebbe generato temperature estreme superiori a 1710 °C. Questo, dicono, avrebbe creato le condizioni necessarie per la formazione di un quasicristallo nella regione tra le tracce di lega di alluminio dalla linea elettrica e il vetro di silicato fuso dalla sabbia.

Il team di Steinhardt spera che la sua scoperta possa portare a nuove tecniche per la sintesi di quasicristalli attraverso scariche elettriche controllate in laboratorio. Ciò potrebbe consentire ai ricercatori di progettare nuove proprietà esotiche e potrebbe persino aiutarli a identificare meglio i luoghi in cui si possono trovare quasicristalli naturali, sia sulla Terra che nello spazio.

La ricerca è descritta in Atti della National Academy of Sciences.

  • Paul Steinhardt descrive nel suo libro il suo viaggio in Siberia alla ricerca di quasicristalli Il secondo tipo di impossibile: la straordinaria ricerca di una nuova forma di materia, che è stato recensito in Mondo della fisica.

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