Los científicos han demostrado por primera vez cómo generar magnetismo en metales que no son naturalmente magnéticos, lo que podría poner fin a nuestra dependencia de algunos elementos raros y tóxicos actualmente utilizados.
En un estudio dirigido por la Universidad de Leeds y publicado hoy en la revista Naturaleza , los investigadores detallan una forma de alterar las interacciones cuánticas de la materia para "manipular los números" en una ecuación matemática que determina si los elementos son magnéticos, llamado Criterio de Stoner.
La coautora principal, Fatma Al Ma'Mari, de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Leeds, dijo: "Ser capaz de generar magnetismo en materiales que no son naturalmente magnéticos abre nuevos caminos a dispositivos que utilizan abundantes y sin riesgoselementos como el carbono y el cobre "
Los imanes se utilizan en muchas aplicaciones industriales y tecnológicas, incluida la generación de energía en turbinas eólicas, el almacenamiento de memoria en discos duros y en imágenes médicas.
"Las tecnologías futuras, como las computadoras cuánticas, requerirán una nueva generación de imanes con propiedades adicionales para aumentar las capacidades de almacenamiento y procesamiento. Nuestra investigación es un paso hacia la creación de esos 'metamateriales magnéticos' que puedan satisfacer esta necesidad", dijo Al Ma'Mari.
Sin embargo, a pesar de su uso generalizado, a temperatura ambiente solo tres elementos son ferromagnéticos, lo que significa que tienen una alta susceptibilidad a convertirse y permanecer magnéticos en ausencia de un campo, a diferencia de las sustancias paramagnéticas, que solo se atraen débilmente a los polosde un imán y no retienen ningún magnetismo por sí mismos. Estos elementos ferromagnéticos son los metales hierro, cobalto y níquel.
El coautor principal Tim Moorsom, también de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad, dijo: "Tener una variedad tan pequeña de materiales magnéticos limita nuestra capacidad de adaptar los sistemas magnéticos a las necesidades de las aplicaciones sin utilizar materiales muy raros o tóxicos".Tener que construir dispositivos con solo los tres metales magnéticos naturalmente disponibles para nosotros es más bien como tratar de construir un rascacielos usando solo hierro forjado. ¿Por qué no agregar un poco de carbono y hacer acero? "
La condición que determina si una sustancia es ferromagnética se llama Criterio Stoner. Explica por qué el hierro es ferromagnético mientras que el manganeso no lo es, aunque los elementos se encuentren uno al lado del otro en la tabla periódica.
El Criterio Stoner fue formulado por el profesor Edmund Clifton Stoner, un físico teórico que trabajó en la Universidad de Leeds desde la década de 1930 hasta la década de los 60. En esencia, analiza la distribución de electrones en un átomo y la fuerza de la interacción entreellos.
Establece que para que un elemento sea ferromagnético, cuando multiplicas la cantidad de estados diferentes que los electrones pueden ocupar en orbitales alrededor del núcleo de un átomo, llamado Densidad de Estados DOS, por algo llamado'interacción de intercambio', el resultado debe ser mayor que uno.
La interacción de intercambio se refiere a la interacción magnética entre electrones dentro de un átomo, que está determinada por la orientación del 'giro' magnético de cada electrón, una propiedad mecánica cuántica para describir el momento angular intrínseco transportado por partículas elementales, con solo dos opciones, ya sea 'arriba' o 'abajo'.
En el nuevo estudio, los investigadores han demostrado cómo cambiar la interacción de intercambio y el DOS en materiales no magnéticos mediante la eliminación de algunos electrones usando una interfaz recubierta con una capa delgada de la molécula de carbono C60, que también se llama 'buckyball'.
El movimiento de electrones entre el metal y las moléculas permite que el material no magnético supere el Criterio Stoner.
El Dr. Oscar Céspedes, investigador principal del proyecto, también de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad, dijo: "Nosotros y otros investigadores notamos que crear una interfaz molecular cambió la forma en que se comportan los imanes. Para nosotros, el siguiente paso fue probarsi las moléculas también pudieran usarse para llevar el orden magnético a metales no magnéticos "
Los investigadores dicen que el estudio ha demostrado con éxito la técnica, pero que se necesita más trabajo para fortalecer estos imanes sintéticos.
"Actualmente, no podría pegar uno de estos imanes a su refrigerador. Pero estamos seguros de que aplicar la técnica a la combinación correcta de elementos producirá una nueva forma de imanes de diseño para las tecnologías actuales y futuras".dijo el Dr. Céspedes.
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Materiales proporcionado por Universidad de Leeds . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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