Lo que la cristalografía puede hacer por ti

Hace un siglo que William Henry Bragg y William Lawrence Bragg descubrieron la difracción de los rayos X como herramienta para el estudio de la materia cristalina, algo que permitiría el estudio de la estructura y propiedades de la materia a través de la observación  del comportamiento de átomos y moléculas al conectarse. Sin duda un descubrimiento colosal que ha permitido desde entonces  grandes progresos para la humanidad: desde descubrimientos médicos como la penicilina, hasta el avance de la electrónica, pasando por cientos de usos cotidianos donde están presentes los cristales como el chocolate o la pasta de dientes. Ya que los cristales minerales están presentes en todo lo que nos rodea.

Este audio de la sección El Viajero Cuántico del programa La Ventana de Cadena SER, define de una manera muy amena nuestra relación cotidiana con estos microscópicos cristales. (A partir del minuto 3:15)

El centenario de la difracción de los cristales sirve de excusa para que la Asamblea General de las Naciones Unidas haya proclamado 2014 como el Año Internacional de la Cristalografía, para cuya promoción el cristalógrafo Juan Manuel García-Ruiz, del CSIC, y el cineasta Javier Trueba han creado este espectacular vídeo con el que podemos introducirnos en  esta particular ciencia.

Miles de avances tecnológicos actuales están unidos a la cristalografía: eficiencia energética, nanotecnología, biotecnología, almacenamiento masivo o semiconductores, son algunos de ellos. Pero cabe  destacar las aplicaciones tecnológicas más importantes que se han desarrollado en cuanto a cristales se refiere:

  • Cristales de silicio: Hablar de tecnología es hablar de cristales de silicio, están presentes en todos los productos digitales de uso cotidiano: microchips, memorias de almacenamiento de datos, semiconductores,  etc. Cuya evolución es continua, consiguiendo costes de producción más bajo, mayor capacidad, velocidad y durabilidad. Actualmente se trabaja en nanocristales de silicio capaces de almacenar 1.000 millones de veces más en un espacio más reducido muy resistente y durante tiempo infinito.
nanocristal de silicio

Dispositivos inalámbricos minúsculos. Nanocristales de siclicio en la antena de un oscilador.

  • Cristal líquido: Los cristales líquidos constan de un fluido compuesto por moléculas alargadas que tienen la propiedad de ordenarse como un cristal ante la polarización eléctrica del medio.  Al ordenarse cambian sus propiedades ópticas (color, opacidad, etc.).  Por eso son idóneas para usarlas en la mayoría de los displays que utilizamos, desde la pantalla de la tableta, hasta la de la televisión o el instrumental de nuestro coche.
Cristal líquido

Cirstal líquido de un display a través de una luz polarizada. Karen Neill/LCI, Wellcome Images

  • Eficiencia energética: Los paneles fotovoltaicos utilizados en energía solar, están formados por cristales de sílice que, al ser estimulados por un fotón, son capaces de desprender electrones. Es el llamado efecto fotoeléctrico. La industria busca perfeccionar estos cristales haciéndolos cada vez más pequeños, planos y para obtener mayor cantidad de energía de ellos.
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Cristales de silicio componiendo un panel fotovoltaico.

  • Cristales fotónicos: Es uno de los últimos descubrimientos surgidos a través de la observación de los cambios de color del caparazón del escarabajo del Brasil. La estructura de cristales que contiene este caparazón presenta una composición natural perfectamente ordenada capaz de almacenar los fotones de luz e incluso controlarlos. El uso futuro de este tipo de cristales permitirá fabricar y controlar fuentes de luz más eficientes con las que poder incluso construir ordenadores ultrarrápidos basados en este uso de la luz.
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Cristales fotónicos en el caparazón de un ejemplar de escarabajo del Brasil.

  • El grafeno: Se trata de un cristal que consiste en una sola capa atómica de carbono, dispuesta en una celosía de nido de abeja. Se trata de un material transparente, flexible, extraordinariamente resistente, impermeable, abundante, económico y que conduce la electricidad mejor que ningún otro metal conocido. Todo esto ha hecho que la comunidad científica y las empresas tecnológicas hayan puesto todas grandes esperanzas en este material casi futurista.
Grafeno

Lámina de grafeno arrugadavista al microscopio. Universidad de Manchester.

  • Estudio del cosmos: Algo tan futurista y avanzado como es el proyecto del robot Curiosity utiliza, para el análisis de la materia que encuentra en la superficie de Marte, la técnica primitiva del estudio de la cristalografía, la difracción hallada por los Bragg en 1914. Técnica que se usará también en el proyecto de la sonda espacial Rosetta y el módulo Philae, durante el estudio del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, que también está formado por cristales de hielo y seguramente otras sorpresas que nos irá desvelando la sonda.
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El robot Curiosity toma muestras de una roca en la superficie de Marte para después analizar su composición.

Imagen virtual del análisis por difracción de la materia recogida en Marte en el interior del Curiosity.

Miguel Ángel Corcobado

Departamento de Transformación PRISA

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