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Nov 08, 2023

Quasicristallo trovato in un 'fulmine fossilizzato'

A quasicrystal that was likely formed by a strong electrical discharge through a

Ricercatori negli Stati Uniti e in Italia hanno trovato un quasicristallo che probabilmente si è formato a causa di una forte scarica elettrica attraverso una duna di sabbia. Il team, guidato da Paul Steinhardt dell'Università di Princeton, 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 normali. Invece, mostrano solo la simmetria rotazionale, e questa curiosa disposizione conferisce ai quasicristalli una gamma di proprietà meccaniche, elettriche e ottiche esotiche. Un tempo ritenuti impossibili, i quasicristalli furono identificati per la prima volta nel 1982 e da allora sono state sviluppate diverse tecniche per sintetizzare questi materiali, tra cui la deposizione di vapore e il lento raffreddamento degli stati liquidi.

In natura, tuttavia, le condizioni necessarie per generare quasicristalli sono eccezionalmente rare e il primo campione naturale è stato identificato da Steinhardt e colleghi nel 2009. Ciò che seguì fu una spedizione in Siberia guidata da Steinhardt, alla ricerca della fonte di quel campione e confermando che era faceva parte di un meteorite.

Una volta stabilito che i quasicristalli esistono in natura, è iniziata 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. Soprannominate "fulmini fossili", le fulguriti sono tubi di materiale fuso creati quando una grande corrente elettrica viaggia attraverso la sabbia. Il campione proviene dalle colline sabbiose del Nebraska centro-settentrionale ed è stato scoperto vicino a una linea elettrica interrotta, che ha contribuito con tracce di metallo al campione.

Con la composizione chimica Mn72.3Si15.6Cr9.7Al1.8Ni0.6, il quasicristallo era intrappolato in un grano di dimensioni millimetriche 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.

Il condensato quasicristallino di Bose-Einstein offre uno scorcio di fisica nelle dimensioni superiori

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

Il team di Steinhardt spera che la sua scoperta possa portare a nuove tecniche per la sintesi dei 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.