Quasicristais, estruturas moduladas e seus defeitos

O que são estruturas modulares?

Estruturas modulares são aquelas que podem ser consideradas como formadas com base em uma ou mais estruturas parentais. As lamelas podem ser seções de uma única estrutura parental, como em diversas estruturas relacionadas à perovskita, como as fases CC (cisalhamento cristalográfico) e os polítipos, ou podem ser lamelas de duas ou mais estruturas parentais, como nos intercrescimentos de mica – piroxênio.

Alguns desses cristais possuem celas unitárias enormes, com até centenas de nm de comprimento. Em muitos materiais, a espessura das lamelas pode variar amplamente, e nesses casos os limites entre as lamelas não coincidem com o retículo regular, produzindo defeitos planos.

O que são estruturas incomensuradamente moduladas?

Em geral, estruturas incomensuradamente moduladas têm duas partes bastante distintas. Uma parte da estrutura cristalina é convencional e se comporta como um cristal normal. Há outra parte, mais ou menos independente, que pode ser modulada em uma, duas ou três dimensões.

Por exemplo, a parte fixa da estrutura pode ser o arranjo de átomos metálicos, enquanto a parte modulada pode ser o arranjo de ânions. A modulação pode ocorrer na posição dos átomos, sendo denominada modulação displaciva, ou pode afetar a ocupação de um sítio, como na substituição gradual de O por F em um composto M(O,F)2, sendo denominada modulação composicional.

Em algumas modulações cristalinas mais complexas, a modulação em uma parte da estrutura induz modulações correspondentes na parte “fixa” do retículo.

Nos casos em que o comprimento de onda da modulação se encaixa nas dimensões da estrutura geral, a fase é denominada fase cristalográfica comensuradamente modulada.

Nos casos em que as dimensões da modulação são incomensuradas (ou seja, não se ajustam) com a estrutura geral, a fase é denominada fase incomensuradamente modulada. A modulação produz conjuntos de reflexões adicionais no padrão de difração, que podem (comensuradas) ou não (incomensuradas) se ajustar às reflexões da fase parental não modulada.

O que são quasicristais?

Quasicristais ou cristais quasiperiódicos são ligas metálicas que apresentam padrão de difração com eixos de simetria nítidos de ordem cinco, oito, dez ou 12, que são proibidos pelas regras da Cristalografia clássica.

Os primeiros quasicristais descobertos e a maioria dos que têm sido estudados apresentam simetria icosaédrica. Há dois modelos principais para descrever os quasicristais.

Formação sólida semelhante aos cristais chegaram na Terra ‘de carona’ com um meteorito do início da formação do Sistema Solar (AFP/VEJA)

 

No primeiro deles, um quasicristal é descrito como agregados de icosaedros de átomos metálicos, todos com mesma orientação e separados uns dos outros por quantidades variáveis de material desordenado.

No outro modelo, os quasicristais são considerados como análogos tridimensionais dos mosaicos de Penrose. Nos dois casos, o material não possui uma cela unitária cristalográfica no sentido convencional.

Tudo a ver

Com abordagem atualíssima, a Cristalografia: cristais e estruturas cristalinas apresenta os conceitos básicos no estudo de cristais e estruturas cristalinas, como simetria em duas e três dimensões, retículo, mosaicos, construção de estruturas, difração, representação de estruturas cristalinas e defeitos cristalinos, além de introduzir temas especializados, como estruturas modeladas, quasicristais e proteínas.