Estructuras Cristalinas: Cuasicristales Naturales

Desde hace siglos se sabe que los sólidos pueden ser cristalinos o amorfos. En un sólido cristalino o cristal, los átomos o moléculas están organizados de forma simétrica en celdas que se repiten periódicamente en el espacio, mientras que en un sólido amorfo no existe esa simetría.

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Las simetrías de un cristal son de dos tipos: de traslación y de rotación. La simetría de traslación significa que la estructura del cristal es periódica, o sea que es la misma alrededor de todas sus celdas elementales. La simetría de rotación implica que la estructura del cristal se mantiene invariante si se le aplica una rotación de un cierto ángulo. En nuestro mundo tridimensional, esos ángulos de rotación están limitados a unos pocos valores, en concreto, 180º, 120º, 90º y 60º, o dicho de otro modo, las simetrías de rotación de los cristales sólo pueden ser de orden 2, 3, 4 ó 6. (Una simetría de rotación de orden 6, por ejemplo, significa que si la rotación se aplica 6 veces, se vuelve a la posición inicial; ésta es la rotación de 60º.) Esta limitación viene impuesta por la forma que deben tener las celdas elementales para, como en un rompecabezas, encajar unas con otras y llenar todo el espacio. Por la forma de esas celdas, todos los sólidos cristalinos se clasifican en sólo siete sistemas:

Cúbico (formado por cubos)

Tetragonal (formado por prismas rectos cuadrangulares)

Hexagonal (formado por prismas rectos de base hexagonal)

Ortorrómbico (formado por prismas rectos de base rómbica)

Monoclínico (formado por prismas oblicuos de base rombica)

Romboédrico (formado por paralelepípedos cuyas caras son rombos)

Triclínico (formado por paralelepípedos cualesquiera)

Sin embargo, en 1982, un grupo de investigadores de Israel, Francia y EE.UU. descubrió una aleación artificial de aluminio y magnesio cuya estructura presentaba una simetría de rotación de orden 5. El material no era amorfo, puesto que presentaba una estructura simétrica, ni cristalino, puesto que la simetría de rotación de orden 5 es incompatible con la simetría de traslación. Para describir este nuevo material, se acuñó el término "cuasicristal". Un cuasicristal se define como un sólido que presenta una estructura ordenada pero no periódica.

La estructura de los cuasicristales, aunque todavía no se entiende bien, se ha relacionado con las teselaciones aperiódicas, conjuntos finitos de figuras geométricas con las que es posible cubrir el plano de una manera no periódica. Aunque formalmente las teselaciones aperiódicas se empezaron a estudiar en el siglo XX, algunas de sus propiedades se han encontrado en motivos decorativos islámicos medievales.

Hasta ahora, todos los cuasicristales conocidos se habían fabricado artificialmente, y se pensaba que una estructura tan compleja no podía existir en la naturaleza. Pero un grupo de científicos de Italia y EE.UU. acaba de descubrir en las montañas Koryak, en el extremo oriente de Rusia, un mineral, compuesto por aluminio, hierro y cobre, cuya estructura es cuasicristalina.

Los cuasicristales no tienen solamente un interés teórico; ya se utilizan en la fabricación de rodamientos y de superficies antiadherentes para sartenes, por ejemplo. Son buenos aislantes térmicos y eléctricos, y muy resistentes al frotamiento.