Los cuasicristales ferromagnéticos a granel emergen sin apagarse rápidamente, desbloqueando estudios magnéticos estables

Un descubrimiento innovador en el campo de la ciencia de los materiales ha abierto nuevas vías para estudiar el ferromagnetismo en los cuasicristales. Los investigadores han creado con éxito cuasicristales ferromagnéticos a granel sin depender de un enfriamiento rápido, un método que previamente había limitado la integridad estructural y la estabilidad de tales materiales. Este logro marca un cambio significativo en la comprensión de cómo los cuasicristales se pueden utilizar para explorar las propiedades magnéticas intrínsecas, ofreciendo una base más robusta para estudios futuros.

El ferromagnetismo, típicamente observado tanto en cristales periódicos como en materiales amorfos, había demostrado ser difícil de realizar en los quasicristales debido a su exclusivo orden cuasiperiódico de largo alcance y simetrías rotacionales no convencionales. Sin embargo, los avances recientes han permitido a los científicos observar el ferromagnetismo en los quasicristales icosaédricos basados en oro, estableciéndolos como una nueva plataforma para la investigación magnética.

Anteriormente, todos los cuasi-cristales ferromagnéticos conocidos requerían síntesis a través de un rápido enfriamiento, un proceso que resultaba en materiales metestables y estructuralmente defectuosos. Cuando se sometieron al recocido, estos cuasi-cristales se transformaron en cristales aproximados, que, aunque similares en la estructura atómica local, poseían un orden periódico en lugar de la naturaleza cuasi-periódica de los cuasi-cristales. Esta transformación obstaculizó la capacidad de estudiar las propiedades magnéticas intrínsecas de los verdaderos cuasi-cristales, particularmente aspectos como la criticalidad magnética, que describen el comportamiento de un material cerca de una transición de fase magnética.

Para superar estas limitaciones, un equipo de investigación dirigido por el profesor Ryuji Tamura del Departamento de Ciencia y Tecnología de Materiales y el Dr. Farid Labib del Instituto de Investigación de Ciencia y Tecnología de la Universidad de Ciencia de Tokio (TUS) en Japón empleó un enfoque novedoso.

Específicamente, las combinaciones que involucran elementos de tierras raras como el gadolinio (Gd), el terbio (Tb) y el disprosio (Dy) fueron seleccionados para una mayor exploración. Utilizando técnicas convencionales de fusión de arco seguidas de recocido controlado, los investigadores sintetizaron tres cuasicristales icosáderos ferromagnéticos quinarios a granel: Au-Cu-Al-In-Gd, Au-Cu-Al-In-Tb y Au-Cu-Al-In-Dy. Estos cuasicristales recién desarrollados demostraron una notable estabilidad incluso bajo el recocido prolongado a altas temperaturas, específicamente a 723 Kelvin. El análisis de difracción de rayos X confirma una notable mejora en el orden cuasiperiódico en comparación con los quasicristales ferromagnéticos anteriores hechos a través de métodos de apagado rápido.

3 Kelvin, dependiendo del elemento de tierras raras incorporado. Este hallazgo proporciona una clara evidencia de ordenamiento ferromagnético intrínseco en estos cuasicristales recién descubiertos. A pesar de compartir la misma estructura de red cuasiperiódica, cada compuesto mostró comportamientos magnéticos críticos distintos influenciados por la anisotropía magnética de iones únicos de los respectivos elementos de tierras raras. Esta variación sugiere que las propiedades magnéticas de los cuasicristales pueden ajustarse finamente en función de la elección de los constituyentes, abriendo posibilidades para adaptar materiales con respuestas magnéticas específicas para diversas aplicaciones.

Este avance allana el camino para una mayor exploración de las propiedades magnéticas de los cuasicristales, lo que podría conducir a innovaciones en tecnología e ingeniería de materiales. Con la nueva capacidad de crear cuasicristales estables a granel, los investigadores ahora pueden realizar estudios más completos sobre sus comportamientos magnéticos, contribuyendo significativamente a una comprensión más amplia del magnetismo en sólidos no periódicos.