Fuera del ámbito científico, he escuchado sostener que los cristales poseen una gama de propiedades, desde lo mundano hasta lo espiritual. Se dice que los cristales pueden mejorar el rendimiento de su automóvil hasta que los cristales nos pueden hacer sentir mejor, más saludables y más inteligentes. Más extravagante es la afirmación de que el poder de los cristales fue usado por los habitantes del continente perdido de la Atlántida (como fuente de poder, para aprender, comunicarse y curarse) y por los egipcios para construir sus pirámides. Y los cristales de cuarzo y piedras preciosas constituyen un medio por el cual los códigos cristalinos de conciencias personales y planetarias son conectadas con dimensiones más altas (signifique esto lo que signifique). También se escucha decir que los cristales están vivos, y que ciertos espíritus viven en sus facetas.
Los cristales podrían ser programados, y así amplificar y transferir pensamientos curativos, y activar los “centros energéticos” (chakras) del cuerpo. El término “programar” es tomado de la computación pero en lugar de usar un teclado usted usaría directamente sus pensamientos. Como en muchas afirmaciones pseudocientíficas, se hace referencia a la “energía”, término del que se abusa con suma frecuencia. Esta energía que irradiarían los cristales activaría y potenciaría las emisiones mentales gracias a unas supuestas propiedades canalizadoras, transformadoras y amplificadoras. Incluso se afirma que estas propiedades son utilizadas en nuestra tecnología. En particular, pareciera ser el cuarzo el que especialmente contiene una energía de poder ilimitado.
La idea de que los cristales están vivos surge del siguiente silogismo: sólo los seres vivos pueden crecer; los cristales crecen; por lo tanto, los cristales están vivos. Es cierto que los cristales crecen, pero esto no significa que estén vivos en un sentido biológico. Después de todo, las tormentas crecen, los desiertos crecen, la luna crece, un río crece, una idea o una murmuración también pueden crecer. Los cristales crecen en forma natural para lo que pueden necesitar desde horas hasta siglos, dependiendo de las condiciones ambientales. Los cristales de silicio se hacen crecer artificialmente y forman parte de la mayoría de los artefactos electrónicos que manejamos hoy en día. Por supuesto que hacer crecer un cristal no nos califica para afirmar que hemos creado vida.
Pero, ¿que és un cristal?
Hoy sabemos que la materia que constituye los cuerpos no es continua, sino que está formada por porciones muy pequeñas. En efecto, la materia está formada por átomos. El átomo constituye la menor porción de una sustancia que puede entrar o intervenir en las reacciones químicas conservando sus características. Los átomos pueden interactuar entre ellos, mediante lo que se conoce como enlaces atómicos, y así se unen para formar moléculas y cuerpos sólidos. No entraremos en más detalles pero es necesario aclarar que, en última instancia, la interacción entre los átomos es de origen eléctrico.
Los sólidos se pueden clasificar en dos grandes grupos: los sólidos amorfos y los sólidos cristalinos. En los primeros, los átomos pueden estar enlazados firmemente, pero poseen poco o ningún orden en la manera en la que están dispuestos o acomodados. Por el contrario, los átomos en los sólidos cristalinos adoptan una estructura que se caracteriza por su regularidad o periodicidad. En 1912, Max von Laue, físico alemán, probó que los sólidos cristalinos (cristales) consisten en un arreglo periódico de átomos y marcó así el nacimiento de la física del estado sólido como rama de la física.
La palabra “cristal” proviene de “kryos” que significa frío en griego, lo que alude a la formación del hielo a partir del agua. El nombre también connota transparencia, por lo que los griegos dieron el nombre “krystallos” al cuarzo, ya que creían que se trataba de una variedad de hielo que no se fundía a temperatura ambiente. La mayoría de los cristales naturales se forman a partir de gases bajo presión en la pared interior de cavidades rocosas denominadas geodas. El cristal resultante depende de condiciones como la disponibilidad de elementos, la temperatura, la presión, y la velocidad de crecimiento y de enfriamiento. Así, el cristal de cuarzo se forma cuando el silicio y el oxígeno se encuentra en las proporciones adecuadas, bajo condiciones de temperatura y presión apropiadas.
Cuando pensamos en cristales vienen a nuestra mente diamantes, rubíes, copas de vidrio (que no son de cristal) y también superficies simétricas y esquinas y bordes agudos. Sin embargo, los cristales pueden tener diversas formas y patrones. Por ejemplo, la sal y el azúcar que se encuentran en nuestra mesa diaria aparecen como granos informes pero, en realidad, se trata de pequeños cristales solubles en agua (ver Fig.1). Nuestra vista también falla en distinguir otro cristal junto a nuestra taza de café. En efecto, se trata de la cucharita metálica. Los metales adoptan estructuras cristalinas aunque raramente adoptan las formas simétricas regulares asociadas con los cristales. Los objetos metálicos que vemos cotidianamente están constituidos por miles de pequeños cristalitos unidos en lo que se denomina policristal, a diferencia del término monocristal en el que el material como un todo presenta orden atómico.
¿Por qué algunos cristales son fuertes y otros (como el talco, silicato de magnesio) se deshacen al tocarlos? ¿Por qué algunos cristales presentan formas regulares y simétricas mientras otros crecen en forma irregular? La respuesta es energía, la energía de los enlaces atómicos. La mayoría de los elementos y compuestos inorgánicos forman cristales porque los patrones atómicos cristalinos son energéticamente más favorables que un apilado en forma desordenada o amorfa. A medida que átomos y moléculas se agregan prefieren una posición más “cómoda”, aquella para la que la energía de formación es mayor y pasan así a formar parte del cristal. Para que ello ocurra debemos brindar condiciones apropiadas. Si, por ejemplo, se realiza un enfriamiento muy rápido, posiblemente los átomos no dispongan de tiempo para acomodarse y así resulte un sólido amorfo.
Algunos mitos sobre el vidrio
Existen varios mitos sobre el vidrio. El vidrio es conocido por la humanidad desde hace mucho tiempo. En efecto, se han encontrado objetos de vidrio fabricados en la Mesopotamia unos 5.000 años antes de Cristo. Se afirma regularmente que existen copas de vidrio y otras de cristal, que sería un material más fino. En realidad, este “cristal” también es un vidrio, de mejor calidad, con plomo en su composición. También, sabemos que el vidrio se comporta como un material elástico, es decir, al aplicarle un esfuerzo se deforma pero, al eliminar el esfuerzo, recobra su forma original. Es decir que no presenta deformación plástica. Pero, posiblemente el mito más intrigante sea el que dice que los vitrales de la catedrales góticas se han deformado por su propio peso con el paso de los siglos.
El vidrio es un sólido a temperatura ambiente. Si no fuera así, no podríamos tener lentes de vidrio en nuestros anteojos, y menos aún instrumentos de vidrio de precisión. Pero muchos afirman que el vidrio es en realidad un líquido muy viscoso, lo que da lugar a que fluya muy lentamente por acción de su propio peso. Esto habría ocurrido con los vitrales de las catedrales góticas, que presentarían así un espesor mayor en la parte inferior. Es cierto que el vidrio es un sólido amorfo, amorfo como un líquido en el que no hay orden cristalino, pero eso no implica que fluya como lo hace un líquido. Si fuera así, ¿por qué no hay indicios de fluencia en vidrios naturales, luego de millones de años? ¿O por qué no se ha observado en otros vidrios más antiguos fabricados por babilonios, egipcios, fenicios o romanos? Sólo se hace referencia a los vitrales de las catedrales góticas, no románicas, que son anteriores. Algo interesante de este mito es que parece ser argentino; al menos por mi parte nunca escuché de él fuera de nuestro país.
Uso moderno de los cristales
En 1880 Jacques y Pierre Curie descubrieron que los cristales de cuarzo sujetos a presión se convertían en pequeñas baterías. Este efecto, que un material reacomode sus cargas eléctricas ante una presión mecánica, se denomina piezoelectricidad. Los materiales piezoeléctricos, entre ellos el cuarzo, también muestran el efecto opuesto, es decir, se deforman cuando se les aplica un campo eléctrico. Los científicos e ingenieros llaman a estos materiales transductores porque transforman una forma de energía en otra, en este caso energía eléctrica en mecánica y viceversa.
La piezoelectricidad es un fenómeno físico real, un cristal excitado eléctricamente vibra y si se lo presiona mecánicamente puede dar lugar a una corriente eléctrica medible. Esta propiedad resulta muy útil para construir un oscilador. De hecho, la mayoría de los relojes de hoy en día utilizan la frecuencia natural de resonancia de un cristal de cuarzo así como en el pasado se utilizaban péndulos. Debemos resaltar que los cristales, así como los péndulos, no generan energía; usted sabrá por experiencia que se necesita una batería o un enchufe para que estos dispositivos funcionen. Y los relojes de péndulo también requieren una fuente de energía, tipicamente un peso en una cuerda que cada tanto hay que elevar para restituir la energía consumida para que el reloj funcione.
Es cierto que el primer láser fue un cristal, un rubí, pero esto tiene poco que ver con la cristalinidad del rubí. De hecho, las impurezas en el cristal de rubí son la fuente de la luz roja de este láser. Desde entonces se han construido láseres de una variedad de sustancias, entre ellos gases y líquidos. Cabe señalar que los átomos individuales son los estimulados, no el cristal como un todo. El láser es hoy utilizado en una variedad de aplicaciones pero no es prueba del “poder de los cristales”. Las energías que los láseres transforman son energías reales y, en este respecto, son bastante ineficientes ya que la energía lumínica obtenida es una pequeña fracción de la suministrada.
Sin duda, la contribución más importante de los cristales hoy en día se debe a los cristales semiconductores, el silicio en particular, base de la electrónica moderna. Al margen de otras aplicaciones, el silicio tiene un interés especial en la industria electrónica ya que se trata del material básico en la fabricación de circuitos electrónicos. La conductividad del silicio, como en todo semiconductor, se puede controlar añadiendo pequeñas cantidades de impurezas llamadas dopantes. La capacidad de controlar las propiedades eléctricas de un semiconductor dio lugar al desarrollo de los dispositivos de estado sólido. Los chips de computadoras y otros artefactos electrónicos son, esencialmente, cristales de silicio. Estos cristales, creados por el hombre, constituyen el sustrato sobre el que se construyen los circuitos integrados. Las características del chip dependen del circuito electrónico; en particular, el circuito es programado, no el cristal.
La tecnología electrónica comienza con la obtención de lingotes monocristalinos de silicio de muy alta pureza de forma cilíndrica de 10 a 30 cm de diámetro y de 1m a 2m de longitud. Este cristal se rebana para producir obleas circulares de aproximadamente medio milímetro de espesor. Sobre estas obleas se construyen los circuitos integrados (ver Fig.2). Una oblea puede llegar a contener cientos de circuitos o chips, típicamente de entre 1 a 10 milímetros de lado. Los circuitos son separados, se encapsulan y los terminales necesarios se conectan. Finalmente, se sella con un material plástico que le da el aspecto exterior que se observa regularmente en los circuitos electrónicos.
El circuito integrado posibilitó la incorporación de varios transistores en un único sustrato de silicio y así permitió una reducción de precio, tamaño y probabilidad de error. El microprocesador se convirtió en una realidad a mediados de la década de 1970, con la introducción del circuito de integración a gran escala, con miles de transistores interconectados sobre un único sustrato de silicio. Los circuitos integrados han hecho posible la fabricación de las computadoras actuales. Sin ellos, los circuitos individuales y sus componentes ocuparían demasiado espacio como para poder lograr un diseño compacto. Un circuito integrado típico consta de distintos tipos de elementos integrados en una única pieza de silicio. En los más pequeños, los elementos del circuito pueden tener un tamaño de apenas unos centenares de átomos, lo que ha permitido construir los sofisticados circuitos de hoy en día.
Comentarios finales
Almacenar la información es crucial para que las nuevas generaciones dispongan de los logros de las previas. La humanidad ha encontrado varios métodos para conservar información de diverso tipo. Deseamos guardar ideas, música e imágenes. Para ello, hasta no hace mucho, escribíamos libros, grabábamos discos y sacábamos fotografías. Con la tecnología electrónica actual, toda la información se almacena en forma de bits, series de unos y ceros que la codifican, con la ventaja de que el mismo dispositivo sirve para guardar una foto, un documento o una canción y con capacidades inimaginables hace sólo unos años. La electrónica basada en cristales de silicio ha dado lugar a fantásticos avances tecnológicos y sus consecuencias sociales resultan impactantes; considere por un momento lo que los celulares han cambiado nuestras vidas. Creo que esto sí constituye, en sentido figurado, el verdadero poder de los cristales.
Celso M. Aldao es Profesor Titular en el Departamento de Física de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Mar del Plata e Investigador Superior del CONICET. Publicado originalmente en la Revista PENSAR
