Una predicción rápida de la morfología cristalina
Controlar la morfología cristalina resulta crucial cuando se trata de diseñar un producto para que cumpla una función concreta. La aparición de morfologías indeseables puede degradar la calidad del producto y sus características de manipulación, llegando incluso a provocar bloqueos en filtros y tubos. Ante el cada vez mayor conocimiento de los comportamientos mecanocuánticos, son muchas las ventajas de combinar las teorías clásicas del crecimiento cristalino con modernas simulaciones mecanocuánticas. El proyecto financiado con fondos europeos «Crystal surface simulations» (CRYSURFSIM) se propuso desarrollar un modelo unificador para facilitar la ingeniería de la morfología cristalina moderna. La enorme variedad de formas que pueden presentar los cristales, aun los de un mismo compuesto, surge de las distintas condiciones de crecimiento a las que se someten. La energía libre superficial es un parámetro importante a tener en cuenta. La energía libre superficial, también conocida como tensión superficial para los líquidos, es la diferencia entre las energías de los átomos que se encuentran en la superficie y las de los que se encuentran en el interior del cristal. El modelo de la deficiencia de enlaces de valencia (BVD) permite predecir las energías libres superficiales y la morfología del cristal. En el proyecto CRYSURFSIM se utilizó el modelo BVD para dar solución de continuidad a las descripciones clásica y mecanocuántica del crecimiento cristalino. Los investigadores la aplicaron con éxito para describir la energía libre superficial de estructuras cristalinas metálicas habituales. Sus resultaron concordaron con los obtenidos mediante simulaciones reticulares mecanocuánticas y las estructuras cristalinas predichas se parecían a las encontradas en la naturaleza. La ventaja más importante del modelo BVD en relación con las simulaciones reticulares es su velocidad. Su aplicación a minerales (en concreto, con estructuras de los tipos AX y AX2) resultó más compleja. Si bien el modelo BVD puede manejar superficies tanto neutras como cargadas, las simulaciones reticulares requieren una «corrección» que convierta las superficies cargadas en otras de carga neutra, lo que dificulta la comparación de los resultados. No obstante, cuando se tomaron en consideración tanto haluros como sulfuros y óxidos, el modelo BVD mostró una vez más una coincidencia clara con las simulaciones reticulares y con las morfologías observadas en la naturaleza. El modelo BVD ha demostrado ser una herramienta rápida para predecir de manera precisa la morfología de los cristales con una carga computacional mínima, ofreciendo un puente eficaz entre los modelos de formación de cristales macroscópico y mecanocuántico. Ayudará a los ingenieros de cristales a diseñar rápidamente nuevas morfologías para funciones específicas en sectores que van de la biomedicina y la farmacia a los semiconductores en película fina y los dispositivos fotovoltaicos. Eso tendrá a su vez un importante impacto sobre la competitividad de la economía europea.
