I quasicristalli sono entità affascinanti e misteriose. Hanno strutture ordinate ma non ripetitive, il che li rende simili ai cristalli, ma non del tutto identici. Questa differenza non è affatto uno svantaggio, poiché i quasicristalli spesso presentano proprietà che i materiali comuni possono solo sognare. E questo è il caso di un quasicristallo particolarmente insolito che è stato studiato da ricercatori in Giappone.
Per la prima volta, le proprietà magnetiche di questo quasicristallo sono state esplorate e la ricerca ha dimostrato che sono davvero uniche. Il team di ricerca ritiene che questa scoperta stia spingendo il campo della fisica della materia condensata e della ricerca sui quasicristalli in territori completamente nuovi. I ricercatori sono fiduciosi che ciò possa aprire la strada a dispositivi elettronici più avanzati e persino a tecnologie di refrigerazione magnetica.
La composizione del quasicristallo
Il quasicristallo in questione è composto da oro, gallio e terbio. Una delle sue strutture è un icosaedro, una figura tridimensionale con 20 facce, oltre a un cristallo approssimante (AC) che è cubico. Entrambi sono di tipo Tsai. Questi tipi di quasicristalli e approssimanti sono costituiti da quattro gusci concentrici con un tetraedro al centro. Un tetraedro è una forma piramidale in cui tutte e quattro le facce sono triangoli.
Il magnetismo dei quasicristalli
Passando alla parte del magnetismo, questi quasicristalli non seguono il classico modello di ferromagnetismo di Heisenberg e si prevede che i loro nano-pattern magnetici siano vortici o mulinelli. Il modello per ogni piccolo cristallo è come molti piccoli poli magnetici che si avvolgono attorno a una regione centrale. Questo ricorda un tornado o un mulinello, ed è per questo che viene descritto come “magnetismo vorticoso”.
Le sorprendenti proprietà magnetiche dei quasicristalli
A seconda del numero di elettroni disponibili per atomo (il rapporto e/a), le proprietà magnetiche di questi quasicristalli sono sorprendenti. Con un rapporto superiore a 1,9, il cristallo è un cosiddetto vetro di spin, quindi tutti i momenti magnetici degli atomi interagiscono in modo casuale.
Il ferromagnetismo vorticoso
Al di sotto di questo rapporto, le cose diventano interessanti. Intorno a un rapporto di 1,8, il materiale ha un forte ferromagnetismo vorticoso: i momenti magnetici si allineano tutti e il cristallo è magnetizzato e rimane tale.
L’antiferromagnetismo vorticoso
Ma se il rapporto scende al di sotto di 1,7, si verifica una terza situazione. La struttura diventa un antiferromagnete vorticoso. I suoi momenti magnetici si annullano a vicenda, portando a zero il magnetismo totale.
Queste stranezze si verificano a pochi gradi sopra lo zero assoluto, dimostrando che il comportamento magnetico è tutt’altro che semplice sia per i quasicristalli icosaedrici (iQC) che per i loro omologhi AC.
“I risultati offrono importanti intuizioni sull’interazione complessa tra le interazioni magnetiche nei AC di tipo non-Heisenberg Tsai. Gettano le basi per comprendere le proprietà intriganti non solo degli AC non-Heisenberg, ma anche degli iQC non-Heisenberg che devono ancora essere scoperti”, ha affermato il professor Ryuji Tamura, autore principale dello studio e ricercatore presso l’Università di Scienze di Tokyo.
I quasicristalli come questo sono considerati potenziali unità per la memorizzazione dei dati nelle tecnologie future, quindi comprendere il loro comportamento magnetico è fondamentale per poterli utilizzare effettivamente in tali dispositivi.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Materials Today Physics.
