Los metales y sus aleaciones han jugado un papel importante en la historia de la civilización humana. Esto está muy bien ilustrado por el hecho de que dos grandes etapas de la civilización se conoce como la Edad del Hierro y la Edad del Bronce. Esto ayuda a poner en contexto la importancia fundamental del descubrimiento, a partir de 1982, de una nueva familia de aleaciones metálicas que desencadenó una profunda revisión de nuestra comprensión de la estructura de la materia. Esta revisión en última instancia condujo a la introducción del concepto de orden sin periodicidad (orden aperiódico) y, al mismo tiempo, impulsó una intensa actividad interdisciplinaria necesaria para una comprensión más profunda de los sistemas naturales en los qué el orden aperiódico surge espontáneamente.
Para entender la revolución conceptual encendida por el descubrimiento de estas aleaciones, es necesario recordar que el sistema de clasificación tradicional de materia sólida se basa en la noción de orden periódico de los átomos en el espacio. Incluye dos grandes categorías: materia cristalina, en la que la ubicación regular de los átomos constituyentes determina un orden de largo alcance que exhibe simetría de traslación; y materia amorfa, en la que, aunque hay correlaciones en las posiciones de los átomos vecinos, el orden de largo alcance está completamente ausente. La dicotomía implícita en este esquema de clasificación ha hecho a la materia cristalina el arquetipo del orden en la física del estado sólido, mientras que la materia amorfa representa el paradigma del desorden.
Este esquema tradicional se vio sacudido por la afirmación de que las nuevas aleaciones, aunque no convencionalmente cristalinas, mostraban sin embargo patrones de difracción discretos de alta calidad. En otras palabras, no podían ser consideradas como amorfas, ya que sus elementos constitutivos mostraron un notable orden de largo alcance. El nombre cuasicristal rápidamente se hizo popular para referirse a este tipo de material.
A partir de este descubrimiento, eventualmente emergió la siguiente imagen: En los cuasicristales, los átomos ocupan espacio según una disposición cuasiperiódica en lugar de la manera periódica usual observada en los cristales. Una simple comprensión de lo que podría ser un arreglo cuasiperiódico puede ser obtenido pensando en la secuencia de Fibonacci. Allí, el número n es totalmente previsible (la secuencia está "ordenada") pero la regla usada para generarlo no es análoga a la periodicidad: cada número es la suma de los dos anteriores, es decir, nj = nj -2 + nj - 1. (Esto contrasta con una secuencia aritmética, en la que la regla de generación es análoga a la periodicidad.) El análogo geométrico de la secuencia de Fibonacci construido mediante el uso de dos tipos de segmentos se cree que representa un "cuasicristal unidimensional", y los cuasicristales reales de hecho a menudo exhiben características que se pueden describir con éxito en términos de la sucesión de Fibonacci.
Pero además de su importancia en la investigación fundamental, el interés suscitado por estos nuevos materiales abarca el campo de las innovaciones tecnológicas. De hecho, se obtuvo la primera patente industrial para una aplicación directa de los cuasicristales en 1988. Desde entonces, el número de patentes relacionadas con fases cuasicristalinas ha aumentado progresivamente y, en la actualidad, se producen aleaciones que contienen cuasicristales a un ritmo de al menos varias toneladas por año.
Representación de un cuasicristal que exhibe simetría de cinco veces, y estructura no periódica
En los años desde su descubrimiento, se han observado fases cuasicristalinas en muchas más aleaciones, incluyendo compuestos binarios, ternarios y cuaternarios, basados principalmente en aluminio y titanio. Además de los quíntuples ejes de simetría característicos del grupo icosaédrica, se han descubierto simetrías de ocho veces, diez veces, y doce veces, todas los cuales son incompatibles con simetría traslacional periódica. La siguiente figura muestra la distribución aproximada de las fases cuasicristalinas observadas hasta la fecha, de acuerdo con sus simetrías. La inmensa mayoría pertenecen al grupo icosaédrico.
Distribución porcentual de los cuatro principales tipos de simetría de fases cuasicristalinas obtenidas hasta la fecha: Fases Icosaédricas exhiben simetría de cinco veces, fases octogonales con simetría de ocho veces, decagonales con fases de diez veces la simetría, y fases dodecagonales con simetría de doce veces.
Debido al creciente número y variedad de los cuasicristales conocidos, la Unión Internacional de Cristalografía ha redefinido el término cristal para incluir este nuevo tipo de orden. En esta definición, un cristal es cualquier sólido que posee un patrón de difracción esencialmente discreto, transfiriendo así el atributo esencial de cristalinidad desde el espacio real al espacio recíproco. En consecuencia, dentro de la familia cristalina podemos distinguir entre cristales periódicos y cristales aperiódicos. Esta definición más amplia refleja la presente idea de que la periodicidad microscópica es una condición necesaria pero no suficiente para la cristalinidad. En este sentido, es interesante observar que la primer mención que se haya hecho sobre el uso del concepto de cristales aperiódicos en física del estado sólido se debió probablemente a Schrödinger, quien lo introdujo en su discusión sobre la posible naturaleza del material genético en 1944. Por último, un aspecto interesante es la posible relación entre los cristales cuasicristalinos y convencionales, en particular, la posible transición estructural de un tipo a otro, un aspecto que ha recibido una gran atención.