I cristalli normali hanno una simmetria traslazionale, dove la stessa unità è ripetuta di continuo senza rotazione.
I Quasicristalli hanno una simmetria rotazionale, dove la stessa unità è ripetuta di continuo, ma con una rotazione angolare.
I quasicristalli sono forme strutturate sia ordinate che non periodiche. Formano schemi che riempono tutto lo spazio ma mancano di simmetria traslazionale. Il termine e il concetto sono stati introdotti in origine per descrivere una disposizione specifica osservata in solidi che possono essere definiti in uno stato intermedio tra il cristallo e il vetro. Producendo la diffrazione di Bragg, condividono una proprietà con i cristalli, ma differiscono da questi perchè mancano di una struttura che si ripete.
Gli artefatti matematici conosciuti come “tassellature aperiodiche” sono stati inventati nei primi anni ’60, ma circa 20 anni dopo degli esperimenti fisici hanno dato l’evidenza conclusiva della loro esistenza materiale. Nel campo della cristallografia e della fisica dello stato solido, la scoperta ha prodotto un cambio di paradigma che è una piccola rivoluzione scientifica.
1) Si è capito che i quasicristalli sono stati investigati e osservati prima
2) ma fino a quel momento le visioni prevalenti sulla struttura atomica della materia hanno spinto alla sottovalutazione
Un ordine è non periodico se manca di simmetria traslazionale e significa che una copia non coinciderà mai esattamente con l’originale. L’abilità della diffrazione viene dall’esistenza di un numero indefinitamente grande di elementi con una spaziatura regolare, una proprietà scarsamente descritta come ordine a lungo-raggio. Sperimentalmente l’aperiodicità si rivela nella simmetria inusuale dello schema di diffrazione. Il primo caso riportato ufficialmente di quelli che sono stati chiamati quasicristalli, è provenuto da Dan Shechtman e colleghi nel 1984. Tra un modello matematico del quasicristallo, come la tassellatura di Penrose, e i sistemi fisici corrispondenti, la distinzione è evidente e solitamente non viene enfatizzata.
Lo studio delle proprietà fisiche e ottiche dei cristalli fotonici ha generato un’esplosione di nuove idee per i dispositivi e i sistemi ottici. Menzione speciale va fatta per le fibre di cristalli fotonici in silicio, che sembrano essere la prima applicazione per i cristalli fotonici nel mondo reale delle comunicazioni ottiche. Nel campo dei semiconduttori e dei metalli, la fabbricazione di cristalli fotonici ha rappresentato una sfida importante per la micro e nanotecnologia. Queste tecnologie poi hanno beneficiato dalla validazione di processi che sono stati completati. In merito a questo, l’evoluzione della fotonica è parallela alla rivoluzione nel campo dell’elettronica con lo sviluppo dei nanotransistors e delle memorie a punto quantico.
Le nanofotoniche ora sono riconosciute come una branca speciale dell’ottica, quasi allo stesso modo in cui la nanoelettronica forma una branca speciale dell’elettronica. Alcuni dei problemi tecnologici apparsi al tempo dei primi studi sui cristalli fotonici, sono correntemente in fase di soluzione. Dobbiamo insistere sul punto che lo sviluppo futuro e le applicazioni dei cristalli fotonici dipendono dal grado di accuratezza raggiungibile nella fabbricazione delle micro-nanostrutture e quindi nelle dimensioni generali dei dispositivi corrispondenti.
Una delle illustrazioni piu notevoli della fruttuosità della ricerca sui cristalli fotonici metallo-dielettrici è forse lo sviluppo dei cosiddetti metamateriali, che dovrebbero fornire un nuovo approccio verso la rifrazione negativa, tramite il controllo simultaneo della effettiva permittività e l’effettiva permeabilità. Dato che i metamateriali dipendono dalla struttura del materiale piuttosto che dalle proprietà degli atomi che li compongono, è possibile costruire metamateriali fotonici usando nanosfere a pacchetti. Recenti avanzamenti sono avvenuti nel campo dei Nano-Metamateriali di Cristalli Liquidi Nonlineari che usano cristalli liquidi dopati con nanosfere e nanogusci che producono metamateriali con un indice di rifrazione regolabile!
Adamantio (Super Materiali)
Il legame chimico è ciò che tiene assieme gli atomi, è la ragione per cui tutti questi atomi nell’universo non cadono a pezzi. Stanno assieme e formano solidi per le interazioni elettromagnetiche dei diversi atomi. Provate a pensare agli atomi come piccoli magneti, ma non normali magneti con un Polo Nord e Sud. Questi magneti funzionano su un diverso set di regole basate sul riempimento delle orbite degli elettroni.
Potete anche pensare a piccoli magneti, alcuni sono forti e altri molto deboli. Più è forte il magnete e più è forte il legame.
Quello che però è ugualmente importante, è la struttura e la disposizione degli atomi in un solido. I cristalli, che hanno una struttura ordinata, tendono ad essere molto forti per la loro struttura. Il diamante, per esempio, è il materiale più resistente scoperto in natura. Il diamante ha una Simmetria Tetraedrica a 4 pieghe, estremamente rigida perchè il legame chimico degli atomi di carbonio si combina con la distribuzione delle forze nella struttura del lattice cristallino. Questi forti legami chimici e la struttura del lattice permettono la distribuzione e l’assorbimento delle forze ad un incredibile livello.
La struttura più forte scoperta in natura è l’esagono di un alveare d’ape. Il tessuto spugnoso inoltre combina forza e leggerezza. L’esagono dell’alveare ha una simmetria a 6 pieghe, un diamante ha una simmetria a 4 pieghe. Però questo supermateriale nanoingegnerizzato, che gli alieni usano per lo scheletro rigido dei loro mezzi, ha una simmetria a 12 pieghe. Dodici è divisibile sia per 6 che per 4 combinando le due simmetrie piu forti in natura.