Quasicristalli in condizioni estreme

Nuove acquisizioni sull'icosahedrite, l'unico quasicristallo presente in natura, capace di sopportare pressioni e temperature elevatissime. Ne parla l'articolo pubblicato sull'ultimo numero della rivista Scientific Reports (Nature Publishing Group) firmato da un gruppo internazionale di ricercatori di cui fa parte Luca Bindi, associato di Mineralogia presso il Dipartimento di Scienze della Terra ["Icosahedral AlCuFe quasicrystal at high pressure and temperature and its implications for the stability of icosahedrite", DOI:10.1038/srep05869 (2014)].

I ricercatori – che hanno preso come riferimento l'esemplare scoperto nel 2009 da Bindi fra i campioni mineralogici appartenenti alle collezioni del Museo di Storia Naturale dell'Università di Firenze - hanno studiato leghe composte di alluminio, rame e ferro (che costituiscono l'analogo sintetico del minerale icosahedrite).

Lo studio ha mostrato che questo materiale è incredibilmente stabile ad alta pressione e alta temperatura e rimane stabile anche quando riportato a condizioni ambiente. L'indagine ha anche permesso di ricreare in laboratorio le condizioni che avevano permesso la formazione della icosahedrite e di altri minerali mai documentati prima, che potrebbero dare importanti informazioni sui meccanismi geochimici avvenuti agli albori del sistema solare. Il campione fiorentino, infatti, è di natura non terrestre: già anni fa la rilevazione degli isotopi dell'ossigeno aveva dimostrato, infatti, la sua appartenenza a un meteorite vecchio di 4,5 miliardi di anni, formatosi all'inizio del sistema solare.

"Recentemente – spiega Luca Bindi - era stato dimostrato che la meteorite contenente il quasicristallo naturale avesse subito intensi fenomeni di shock dovuti a impatti ad altissima velocità con altri corpi extraterrestri tali da generare pressioni e temperature altissime. Questo aveva sollevato discussioni sugli effetti della pressione e della temperatura sulla stabilità cinetica e termodinamica della struttura del quasicristallo, questioni fondamentali per le scienze dei materiali, per la fisica dello stato solido e per le scienze della Terra in generale".

Il quasicristallo è un minerale unico i cui atomi sono disposti come in un mosaico, in modelli regolari ma che non si ripetono mai nello stesso modo, come succede invece nei cristalli ordinari. "Fino alla mia scoperta – prosegue Bindi - ne esistevano solo di artificiali, grazie al lavoro dello scienziato israeliano Dan Shechtman che li ha sintetizzati per la prima volta nel 1982. I miei studi sui quasicristalli naturali sono stati citati dalla commissione che gli ha assegnato nel 2011 il Premio Nobel per la chimica".

Sempre nel 2011 il gruppo di ricercatori che ha firmato l'articolo su Scientific Reports, è andato a indagare direttamente nel sito della Chukotka, nel territorio dei monti del Koryak all'estremo oriente della Russia, da dove proveniva il campione fiorentino. Là sono stati trovati altri campioni di meteorite contenenti quasicristalli naturali, che hanno permesso di confermare le ipotesi scientifiche fatte sulla provenienza del minerale (la meteorite è stata ufficialmente riconosciuta nel 2013 dalla Meteoritical Society con il nome di KHATYRKA, dal nome del fiume che scende dai monti Koryak).

Dal 1982 a oggi, sono stati creati in laboratorio oltre un centinaio di quasicristalli artificiali, a diversa composizione chimica, utilizzati per svariate applicazioni, dalle pellicole antiaderenti delle padelle e delle posate, ai cuscinetti a sfera e persino nelle lamette da barba. (ddb)