quasicristallo

quasicristallo

(o quasi-cristallo) s. m. – Materiale solido dotato di proprietà tipiche dei normali cristalli, ma la cui struttura estesa non è ottenibile dalla ripetizione periodica della cella unitaria nelle tre dimensioni spaziali. La peculiarità dei q. consiste nel possedere una struttura strettamente ordinata a lungo raggio (come i cristalli, e a differenza dei solidi amorfi, che possiedono struttura ordinata solamente a corto raggio), senza però che essa implichi la presenza di una periodicità traslazionale. La scoperta di queste strutture, annunciata nel 1984 da D. Shechtman (al quale è stato per questo assegnato il premio nobel per la chimica nel 2011), ha rappresentato una novità rilevante per la cristallografia, perché ha indotto a modificare la tradizionale bipartizione dei solidi tra cristallini e amorfi, introducendo una categoria intermedia che condivide molte proprietà con lo stato cristallino (prima fra tutte l'ordine a lungo raggio, evidenziato dalle tecniche di diffrazione), ma ne differisce in uno degli aspetti fondamentali e addirittura definitori. Il sistema in cui furono identificati per la prima volta i q. fu una lega Al-Mn con percentuale atomica di Mn compresa tra il 10 e il 14%, ottenuta mediante un processo di solidificazione rapida dal fuso. Questa fase risultava piuttosto stabile e solo ad alta temperatura si convertiva nel composto intermetallico Al₆Mn, di natura cristallina. Nella fase individuata da Shechtman, la struttura risultava formata da una disposizione di celle icosaedriche la cui simmetria rotazionale era noto essere incompatibile con la periodicità traslazionale tipica dei cristalli tradizionali, analogamente a quanto accade in due dimensioni per un pentagono regolare (è impossibile riempire in modo denso una superficie con una sequenza di pentagoni regolari, mentre è possibile farlo con parallelepipedi, triangoli, quadrati, esagoni).  La modalità con la quale le celle unitarie icosaedriche davano origine a una struttura con ordine a lungo raggio fu indicata come quasiperiodicità. Successivamente, strutture quasicristalline a simmetria icosaedrica o di altro tipo furono identificate in numerosi sistemi intermetallici a due o più componenti (Al-Cr, Al-V, Al-Li-Cu, Al-Cu-Fe, Cd-Ca, Cd-Yb, Ag-In-Ca-Mg, Ag-In-Yb-Mg, ecc.) e anche in sistemi non metallici quali i dendrimeri. Inoltre, nel 2009 è stata rinvenuta per la prima volta la presenza di q. in un minerale,  proveniente dalla zona dei monti Koryak, in Siberia, conservato nel Museo di storia naturale dell'Università di Firenze. Una successiva ricerca nella zona di provenienza del campione di Firenze ha poi confermato l'esistenza del nuovo minerale quasicristallino (denominato icosaedrite, formula approssimata Al₆₃Cu₂₄Fe₁₃), evidenziandone inoltre l'origine meteoritica.