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Organización de átomos superficiales en aleaciones

Área: Física — Viernes, 2 de Diciembre de 2005

Foto
Estructura superficial expontanea en capas de una aleación de bismuto y estaño fundida (ANL).

Los científicos han conseguido por primera vez ver cómo los átomos de una aleación fundida se organizan en la superficie en capas alternas de un átomo de espesor gracias al uso de rayos X duros.
Este resultado tiene importancia dentro del campo de la ciencia de nanomateriales donde los átomos que forman parte de la superficie representan un alto porcentaje del total. Otra aplicación consistiría en el desarrollo en soldaduras rápidas libres de plomo para la industria electrónica.
Los científicos de la universidad de Harvard usaron la fuente de rayos X del Advanced Photon Source para hacer este descubrimiento. Para ello estudiaron una aleación fundida de estaño y bismuto y observaron como se comportaban los átomos. Vieron que en el interior de la aleación se produce una mezcla homogénea como era de de esperar, pero cerca de la superficie los átomos se organizaban en monocapas alternas ricas en cada uno de los elementos.
La capa superficial está compuesta de Bismuto prácticamente puro, debajo una de sólo estaño y así alternativamente hasta que en el interior, unas cuantas capas por debajo de la superficie, tenemos aleación totalmente mezclada.
En estudios anteriores se había observado que la baja tensión superficial de la mezcla producía una monocapa en la superficie en un fenómeno conocido como absorción de Gibas, pero no se había reportado la estructura en capas ahora descubierta.
Esta estructura de capas es difícil de explicar porque las interacciones de los dos componentes son fuertemente atractivas y no repulsivas como cabria esperar de dos líquidos que no mezclan bien como podría ser agua y aceite.
Oleg Shpyro y sus colaboradores desarrollaron una técnica de rayos X que permite medidas independientes de capas atómicas cerca de la superficie del líquido compensando el efecto de las ondas superficiales, pues estas fluctuaciones normalmente impiden la observación directa de estas estructuras en al escala del minuto.
Al parecer la organización en capas de la superficie tiene estructura cuasicristalina que aparece en la interfase liquido-vapor de incluso los más simples metales fundidos, pero no está presente en líquidos dielectricos (aislantes) como el agua pura.
En los estudios más recientes este grupo de investigadores han añadido dispersión (scattering) de rayos X para obtener el perfil de densidad específico, mientras se mantiene la resolución espacial subnanométrica. Un método que se puede usar en otro tipo de líquidos en el futuro.
Los resultados de estos experimentos han sido publicados en Physical Review Letters [Phys. Rev. Lett. 95, 106103 (2005)].

Fuente: Argonne National Laboratory.

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