Las fases desordenadas, cuasicristalinas y cristalinas de los tetraedros densamente empaquetados

Área de la Ciencia:

• Física Física es la física de las cosas.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La cristalografía es una técnica de cristalografía.

Sus antecedentes:

• La conjetura de Ulam postula que las formas convexas se empaquetan más densamente que las esferas (fracción de empaque ~ 0.7405).
• Estudios previos mostraron que los tetraedros regulares son más densos que las esferas, alcanzando ~0.8230.
• El empaquetado ordenado de partículas no esféricas sigue siendo un desafío significativo.

Objetivo del estudio:

• Para investigar el embalaje más denso de tetraedros duros.
• Para explorar nuevos estados de alta densidad y estructuras formadas por tetraedros.
• Comprender el papel de la entropía en el autoensamblaje de formas complejas de partículas.

Principales métodos:

• Simulaciones termodinámicas por computadora de fluidos tetraédricos duros.
• Observación de las transiciones de fase y la evolución estructural.
• Compresión de aproximaciones cristalinas y estados atascados desordenados.

Principales resultados:

• Se observó una transición de fase de primer orden a un cuasicristal dodecagonal, alcanzando una fracción de empaque de 0.8324.
• La compresión de un aproximado de cuasicristales produjo una fracción de embalaje de 0,8503,3.
• Los estados atascados desordenados alcanzaron una fracción de empaque de 0.7858, mientras que la formación de cuasicristales fue suprimida.

Conclusiones:

• Los tetraedros duros pueden formar un cuasicristal, el primero reportado para partículas no esféricas.
• La formación de estructuras complejas es impulsada por la entropía y la forma de las partículas.
• Este trabajo demuestra el potencial de estructuras altamente ordenadas a partir de simples bloques de construcción.