Los simulacros por computadora realizados por los científicos e ingenieros de la Universidad de Michigan muestran que la propiedad puede incitar a las partículas para que formen estructuras organizadas. INTERNET
Los investigadores que bregan para arrear pequeñas partículas en formaciones ordenadas y útiles han descubierto un aliado inesperado: la entropía, una tendencia a la cual generalmente se describe como "desorden", según un artículo que publica hoy la revista Science.
Los simulacros por computadora realizados por los científicos e ingenieros de la Universidad de Michigan muestran que la propiedad puede incitar a las partículas para que formen estructuras organizadas.
La física y profesora de ingeniería química de la Universidad de Michigan, Sharon Glotzer, quien dirigió el equipo investigador, propone que tales materiales podrían diseñarse trabajando "hacia atrás" a partir de las propiedades deseadas para generar un bosquejo.
Este bosquejo puede realizarse luego con nanopartículas, esto es partículas mil veces más pequeñas que el grosor de un cabello humano que pueden combinarse de maneras que serían imposibles solo mediante la química ordinaria.
"Estudiamos 145 formas diferentes y eso nos dio más información que la obtenida hasta ahora sobre estos tipos de potenciales moldeadores de cristales", dijo Glotzer. "Con tanta información disponible pudimos empezar a ver cuántas estructuras son posibles a partir solo de la forma de partícula, y luego a buscar las tendencias".
Usando un código de computación escrito por el investigador de ingeniería química Michael Engel, el estudiante graduado de física aplicada Pablo Damasceno llevó a cabo miles de experimentos virtuales, explorando la manera en que cada forma se comportaba bajo niveles diferentes de agrupamiento. El programa podía manejar cualquier forma de poliedro, como un dado con cualquier número de caras.
Dejadas a su propio arbitrio las partículas a la deriva encuentran los arreglos con la entropía más alta. Ese arreglo corresponde con la idea de que la entropía es un desorden y que si las partículas tienen espacio suficiente se dispersan hacia direcciones aleatorias.
Pero cuando se las agrupa muy juntas las partículas empiezan a formar estructuras de cristal como hacen los átomos, aún cuando no pueden establecer enlaces. Estos cristales ordenados deben ser, también, los arreglos de alta entropía.
"Si uno pudiese suspender la gravedad y vaciara una bolsa llena de dados en un jarro, los dados flotantes apuntarían hacia todas partes", explicó Glotzer. "Sin embargo, si uno sigue añadiendo dados, eventualmente el espacio se torna tan limitado que los dados tienen más opciones de acomodarse alineando sus faces".
Lo mismo ocurre con las nanopartículas, las cuales son tan pequeñas que sienten la influencia de la entropía más que la fuerza de la gravedad.
Los resultados de los simulacros mostraron que casi el 70 por ciento de las formas probadas produjo estructuras similares a cristales bajo solamente la entropía.
Pero la sorpresa fue ver cuán complicadas eran algunas de estas estructuras, algunas con hasta 52 partículas involucradas en el patrón que se repetía en todo el cristal.
"Ésta es una estructura de cristal extraordinariamente compleja aún para que la formen los átomos, y mucho menos las partículas que no pueden enlazarse químicamente", dijo Glotzer.
Las formas de partículas produjeron tres tipos de cristal: cristales regulares como los de la sal, cristales líquidos como los que se usan en algunas pantallas chatas de televisión, o cristales plásticos en los cuales las partículas pueden rotar en su sitio.
Mediante el análisis de la forma de la partícula y cómo los grupos de partículas se comportan antes de que cristalicen, dijo Damasceno, es posible pronosticar qué tipo de cristales harán las partículas.
