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Un nuevo descubrimiento sobre aleaciones de metales líquidos podría conducir a una electrónica de alta eficiencia

Un nuevo artículo publicado en la revista Nature Synthesis presenta la idea de un tipo de patrón de solidificación no identificado hasta ahora que aparece en la superficie de los metales líquidos en solidificación.

En opinión del equipo que trabaja en el Centro de Excelencia en Tecnologías Electrónicas de Baja Energía del ARC y que está detrás de esta propuesta, el patrón recientemente descubierto se asemeja a una famosa línea de un clásico chino: “Lo largamente dividido, debe unirse; lo largamente unido, debe dividirse. Así ha sido siempre”.

La línea pertenece al Romance de los Tres Reinos y para observar dicho patrón divergente-convergente en metales en licuefacción, los investigadores disolvieron una pequeña cantidad de metales como la plata (Ag) en metales solventes de bajo punto de fusión como el galio (Ga) e investigaron cómo los componentes metálicos interactúan y se separan para formar patrones cuando las mezclas líquidas metálicas (aleaciones) se solidifican.

Descubrieron que un solo sistema de plata y galio puede producir patrones distintos, como partículas o estructuras en forma de haz de un compuesto Ag2Ga.

Las estructuras individuales de Ag2Ga que construyen los patrones son pequeñas, con grosores de micrómetros o nanómetros, decenas o cientos de veces más finas que un cabello humano.

Lo más sorprendente es que el equipo observó que los patrones se dividen y se unen de forma repetida.

La formación de patrones es un fenómeno fundamental en la naturaleza y algunos tipos de patrones son más comunes que otros. Entre los diversos comportamientos de formación de patrones, la formación de patrones divergentes, o bifurcación, se ve con frecuencia porque esta disposición particular generalmente favorece la conversión o distribución de energía. Su contraparte, el crecimiento de patrones convergentes, o bifurcación inversa, se encuentra con menos frecuencia, ya que es contrario a la bifurcación energéticamente favorable.

Según los científicos, el extraño crecimiento cíclico divergente y convergente, llamado bifurcación oscilatoria, es raro y no se había observado en estructuras de solidificación antes de este nuevo estudio.

A pesar de ello, observaron patrones de bifurcación oscilatoria en la superficie de varias aleaciones líquidas tras la solidificación, lo que sugiere que este comportamiento contraintuitivo es bastante general para los patrones de solidificación que se forman en la superficie de los metales líquidos.

De forma análoga a la novela dramatizada, el equipo descubrió que también es la inestabilidad de la superficie del metal líquido lo que subyace a la aparición de los patrones de bifurcación oscilantes.

“La formación de patrones superficiales de aleaciones de metal líquido es un tema nuevo pero apasionante. La naturaleza superficial o interfacial del proceso nos permite comprender y controlar mejor la transición de fase fundamental y la formación de patrones”, dijo Jianbo Tang, primer autor del estudio, en una declaración a los medios.

“Seguiremos trabajando en el diseño de patrones y estructuras superficiales cristalinas utilizando metales líquidos para permitir aplicaciones de vanguardia como la detección plasmónica, la electrónica y la óptica de alta eficiencia y la espectroscopia de alta precisión”.

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