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1 de Octubre de 2011
Física

Un misterio en un cristal

El hecho de que los estudiantes hagan crecer cristales en sus proyectos de ciencias quizá nos lleve a pensar que los físicos conocen a la perfección la manera en que se forman y se deshacen estas estructuras tan elegantes.

PHOTO RESEARCHES, INC.

El hecho de que los estudiantes hagan crecer cristales en sus proyectos de ciencias quizá nos lleve a pensar que los físicos conocen a la perfección la manera en que se forman y se deshacen estas estructuras tan elegantes. Por desgracia, los libros de texto aún exhiben una gran laguna allí donde debería explicarse la fusión de un cristal. «La razón por la que una estructura cristalina se funde es muy sutil», afirma Georg Maret, de la Universidad de Constanza, quien este año recibió el premio Gentner-Kastler, otorgado por la Sociedad de Física Alemana y la Sociedad de Física Francesa, por haber aclarado parte del enigma.

La dificultad estriba en que los cristales se estabilizan a sí mismos: cuando un átomo sale de su lugar, los átomos circundantes lo fuerzan a volver a su posición original. Incluso si el átomo vibra lo suficiente como para liberarse, ¿adónde podría ir? Sus vecinos bloquean las rutas de escape. Para que un cristal pase al estado líquido, se diría que hace falta una especie de inteligencia colectiva que mueva a todos los átomos al mismo tiempo.

Para entenderlo, los físicos han estudiado los cristales bidimensionales. En sentido estricto, estas estructuras no existen en la naturaleza, aunque algunas películas de aceite flotando sobre el agua se asemejan bastante a este modelo teórico. En la década de los setenta, los físicos teóricos se dieron cuenta de que los cristales planos se mostraban menos estables que sus análogos tridimensionales. Debido a que cada átomo se halla rodeado por un número menor de vecinos, las fuerzas que lo mantienen en su lugar son más débiles. Y cuando uno de ellos vibra hasta liberarse, son menos los átomos que han de apartarse para dejarle paso. Por estas y otras razones geométricas, se piensa que los cristales bidimensionales deberían fundirse en dos etapas: antes de derretirse por completo, pasarían por una fase hexática, en la que grupos hexagonales de átomos fluyen con libertad, como en un fluido, pero siguen orientados en una misma dirección, como en un cristal.

Se ha tardado treinta años en comprobar esta teoría. A fin de modelizar un cristal, el equipo de Maret construyó una especie de mecano donde el papel de átomos lo desempeñaban bolas de un micrómetro de diámetro, fabricadas con una mezcla de plástico y óxido de hierro y suspendidas en un fluido. Aunque su tamaño superaba con creces al de un átomo, las bolas eran lo bastante pequeñas como para comportarse de forma similar: vibraban de manera aleatoria y, al ser sometidas a la acción de un campo magnético externo, ejercían fuerzas magnéticas unas sobre otras. Aumentar la intensidad del campo magnético era análogo a bajar la temperatura, pues las bolas se acomodaban para formar una red cristalina. «El trabajo de Maret permite estudiar la forma en que un cristal pasa de sólido a hexático y de hexático a líquido», afirma David R. Nelson, de la Universidad de Harvard, quien ayudó a desarrollar la teoría que Maret acaba de confirmar.

Los mismos principios de comportamiento colectivo deberían ayudar a desentrañar el enigma, mucho más complejo, de los cristales tridimensionales.

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