Nei laboratori dell'Università di Scienze di Tokyo e dell'Università di Tohoku gli scienziati hanno scoperto un riferimento semplice ma affidabile per prevedere le proprietà magnetiche di leghe complesse. La dimensione della cella strutturale ripetuta del cristallo si è rivelata un criterio più preciso della consueta concentrazione di elettroni per distinguere i diversi tipi di magnetismo nei materiali imparentati con i quasicristalli.
I ricercatori hanno studiato cristalli approssimanti di tipo Tsai — strutture con cluster atomici annidati che riproducono le peculiarità dei veri quasicristalli. Nei composti contenenti oro con alluminio o gallio e elementi delle terre rare (terbio, disprosio, olmio) il comportamento magnetico dipendeva dal parametro reticolare — la distanza tra i nodi atomici ripetuti.
A un valore superiore a 14,72 angstrom si formava uno stato antiferromagnetico «a vortice»: i momenti magnetici degli atomi si disponevano in una configurazione ordinata ma orientata in senso opposto. In un intervallo ristretto tra 14,62 e 14,72 angstrom compariva un ferromagnetismo a vortice con magnetizzazione complessiva. Al di sotto di questa soglia il materiale passava a uno stato di vetro di spin — un congelamento caotico dei momenti senza ordine a lungo raggio.
In precedenza gli scienziati si orientavano principalmente sul numero di elettroni di valenza per atomo. Questo indicatore funzionava in modo instabile al variare della composizione chimica. Il nuovo criterio strutturale ha fornito un diagramma di fase unitario, che ora serve come mappa pratica per la ricerca e la creazione di materiali con proprietà magnetiche desiderate.
La scoperta è importante non solo per la fisica fondamentale. Essa apre la strada alla progettazione mirata di materiali quantistici, dove stati magnetici insoliti possono diventare la base di dispositivi futuri — dai sensori agli elementi dei calcoli quantistici. Il minimo cambiamento delle dimensioni della «stanza» atomica cambia radicalmente il comportamento dell'intero «collettivo» di atomi.
I risultati sono stati pubblicati sul Journal of the American Chemical Society e sono già considerati un riferimento affidabile per la ricerca sistematica di nuovi quasicristalli magnetici e dei loro approssimanti.
