Investigadores del MIT han realizado un descubrimiento sorprendente sobre el comportamiento de los metales, revelando que un orden atómico oculto persiste incluso después de procesos de fabricación extremos. Durante años, se ha sabido que existen patrones químicos sutiles en las aleaciones metálicas, aunque se pensaba que eran demasiado insignificantes o que se borraban durante la producción. Sin embargo, estudios recientes han demostrado que estos patrones pueden influir en propiedades fundamentales del metal, como su resistencia mecánica, durabilidad y capacidad térmica.
En un artículo publicado en Nature Communications, los investigadores explican cómo rastrearon estos patrones y descubrieron la física detrás de ellos. Además, desarrollaron un modelo sencillo para predecir los patrones químicos en metales, lo cual podría ser útil para ingenieros en sectores como la aeronáutica y la energía nuclear.
Nuevas perspectivas sobre el orden químico en metales
El investigador principal, Freitas, destaca que “la conclusión es clara: nunca se puede randomizar completamente los átomos en un metal. No importa cómo se procese”. Este hallazgo marca un avance significativo al mostrar estados no equilibrados que permanecen en el metal tras su fabricación. Freitas también menciona el apoyo recibido por parte de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de EE.UU., así como la colaboración con tres estudiantes de doctorado del MIT que participaron como co-autores principales.
El equipo comenzó su investigación planteándose una pregunta práctica: ¿qué tan rápido se mezclan los elementos químicos durante el procesamiento del metal? Se creía que existía un punto donde la composición química de los metales se volvía completamente uniforme. Al identificar este punto, esperaban poder diseñar aleaciones con diferentes niveles de orden atómico.
Un modelo innovador para entender la mezcla atómica
Utilizando técnicas de aprendizaje automático, los investigadores rastrearon millones de átomos mientras se movían y reorganizaban bajo condiciones similares a las del procesamiento metálico. Freitas explica que deformaron una pieza de metal —un paso común durante la fabricación— y observaron cómo el orden químico cambiaba. La expectativa era que al deformar el material, sus enlaces químicos se rompieran y el sistema se alejara del orden.
No obstante, encontraron que las aleaciones nunca alcanzaban un estado completamente aleatorio, lo cual fue inesperado y no tenía explicación física conocida hasta ese momento. Esto llevó a los investigadores a descubrir nuevas facetas de la física aplicada a los metales.
Descubrimientos clave sobre patrones químicos
A través del desarrollo de herramientas computacionales avanzadas y simulaciones a gran escala, lograron identificar arreglos químicos estándar en metales procesados a temperaturas más altas de lo habitual. Más sorprendente aún fue encontrar patrones químicos completamente nuevos nunca antes observados fuera de procesos industriales. Estos patrones fueron denominados “estados lejanos del equilibrio”.
Los investigadores también construyeron un modelo simple capaz de reproducir características clave observadas en sus simulaciones. Este modelo explica cómo los patrones químicos surgen a partir de defectos conocidos como dislocaciones, que actúan como “garabatos” tridimensionales dentro del metal. A medida que el metal es deformado, estas dislocaciones alteran su forma y mueven átomos adyacentes sin eliminar totalmente el orden existente.
Implicaciones prácticas para la industria metálica
Actualmente, el equipo investiga cómo estos patrones químicos evolucionan bajo diversas condiciones de fabricación con el fin de crear un mapa que vincule distintos pasos del procesamiento metálico con diferentes configuraciones químicas. Hasta ahora, este orden químico había sido considerado principalmente un tema académico; sin embargo, esperan que este nuevo enfoque permita a los ingenieros utilizar estos patrones como herramientas durante la producción para obtener propiedades mejoradas.
Freitas señala: “Los investigadores han estudiado cómo estos arreglos atómicos afectan las propiedades metálicas —un área importante es la catálisis— ya que reacciones electroquímicas son muy sensibles a disposiciones atómicas locales.” Además, menciona que este trabajo podría ayudar a explicar otros hallazgos sorprendentes relacionados con las propiedades metálicas.
A medida que avanza esta investigación, Freitas expresa su entusiasmo por trasladar los descubrimientos desde una fase fundamental hacia aplicaciones prácticas en campos donde se requieren aleaciones altamente optimizadas, como la industria aeroespacial.
Si (
No(
