Paracristalinidad

En ciencia de materiales , los materiales paracristalinos se definen como aquellos que tienen un ordenamiento de corto y medio alcance en su red (similar a las fases de cristal líquido ) pero carecen de un ordenamiento de largo alcance similar al de los cristales , al menos en una dirección. ^{[ 1 ]}

Los términos «paracristalinidad» y «paracristal» fueron acuñados por el difunto Friedrich Rinne en 1933. ^{[ 2 ]} Sus equivalentes en alemán, como «Parakristall», aparecieron impresos un año antes. ^{[ 3 ]} En un libro de texto básico se formuló una teoría general de los paracristales, ^{[ 4 ]} que posteriormente fue desarrollada y perfeccionada por diversos autores.

La definición de paracristal ideal de Rolf Hosemann es: «La distribución de densidad electrónica de cualquier material es equivalente a la de un paracristal cuando para cada bloque de construcción existe un punto ideal tal que las estadísticas de distancia a otros puntos ideales son idénticas para todos estos puntos. La configuración electrónica de cada bloque de construcción alrededor de su punto ideal es estadísticamente independiente de su contraparte en los bloques de construcción vecinos. Un bloque de construcción corresponde entonces al contenido material de una celda de esta red espacial "difuminada", que debe considerarse un paracristal». ^{[ 5 ]}

El ordenamiento es la regularidad con la que los átomos aparecen en una red predecible, medida desde un punto. En un material altamente ordenado y perfectamente cristalino, o monocristal , la ubicación de cada átomo en la estructura se puede describir con exactitud midiendo desde un único origen. Por el contrario, en una estructura desordenada, como un líquido o un sólido amorfo , la ubicación de los vecinos más cercanos y, quizás, de los segundos vecinos más cercanos se puede describir desde un origen (con cierto grado de incertidumbre) y la capacidad de predecir ubicaciones disminuye rápidamente a partir de ahí. La distancia a la que se pueden predecir las ubicaciones de los átomos se denomina longitud de correlación .${\displaystyle \xi }$Un material paracristalino presenta una correlación en algún punto entre el estado totalmente amorfo y el totalmente cristalino.

La principal y más accesible fuente de información sobre la cristalinidad es la difracción de rayos X y la criomicroscopía electrónica ^{[ 6 ],} aunque pueden ser necesarias otras técnicas para observar la compleja estructura de los materiales paracristalinos, como la microscopía electrónica de fluctuación ^{[ 7 ]} en combinación con el modelado de la densidad de estados ^{[ 8 ]} de los estados electrónicos y vibracionales. La microscopía electrónica de transmisión de barrido puede proporcionar una caracterización en el espacio real y en el espacio recíproco de la paracristalinidad en materiales a nanoescala, como los sólidos de puntos cuánticos ^{[ 9 ]} .

La dispersión de rayos X, neutrones y electrones en paracristales se describe cuantitativamente mediante las teorías del paracristal ideal ^{[ 10 ]} y real ^{[ 11 ]} .

Las diferencias numéricas en los análisis de experimentos de difracción basados ​​en cualquiera de estas dos teorías de paracristalinidad a menudo pueden despreciarse. ^{[ 12 ]}

Al igual que los cristales ideales, los paracristales ideales se extienden teóricamente hasta el infinito. Los paracristales reales, en cambio, siguen la ley empírica α*, ^{[ 13 ]} que restringe su tamaño. Dicho tamaño es también indirectamente proporcional a los componentes del tensor de la distorsión paracristalina. Los agregados de estado sólido de mayor tamaño están compuestos entonces por microparacristales. ^{[ 14 ]}

El modelo de paracristal ha sido útil, por ejemplo, para describir el estado de materiales semiconductores parcialmente amorfos después de la deposición. También se ha aplicado con éxito a polímeros sintéticos, cristales líquidos, biopolímeros, sólidos de puntos cuánticos y biomembranas. ^{[ 15 ]}

• sólido amorfo
• Cristalito
• Cristalografía
• ADN
• Cristal único
• Patrón de rayos X de un paracristal de ADN-B
• Técnicas de dispersión de rayos X