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Jun 13, 2023

Una vez arriba, una vez abajo: ¿cómo afecta la configuración atómica local al magnetismo de la aleación?

Un ejemplo ilustrativo del impacto y la escala de la importancia de los materiales son los nombres de edades de la prehistoria, como la Edad de la Piedra, el Bronce o el Hierro. El uso de estos materiales por parte de personas en un

Un ejemplo ilustrativo del impacto y la escala de la importancia de los materiales son los nombres de edades de la prehistoria, como la Edad de la Piedra, el Bronce o el Hierro. El uso de estos materiales por parte de las personas en una época determinada marcó un gran avance en el desarrollo de la humanidad como especie.

Las propiedades únicas que condicionaban el uso de determinados materiales en el pasado eran y siguen siendo la dureza y la capacidad de procesarlos. Inicialmente, se utilizaron para producir herramientas necesarias para la supervivencia. Sin embargo, actualmente son la base del mundo material que nos rodea, y su uso cada vez más amplio incide en la mejora continua del confort y la calidad de nuestras vidas.

En la etapa actual de desarrollo de la civilización, los plásticos pueden situarse a la vanguardia de los materiales críticos que, por sus propiedades plásticas únicas, se encuentran en la multitud de objetos que nos rodean y que utilizamos a diario. Otro material que no resulta tan obvio para el gran público pero también tan común e importante como el plástico es el silicio. Las propiedades eléctricas del silicio, es decir, la llamada semiconductora, son la base de la electrónica. En el último caso, ya no son las propiedades útiles para crear nuevos objetos sino los efectos físicos internos del material los que determinan su funcionalidad y amplia aplicación.

La creciente demanda de nuevos materiales con propiedades funcionales ha llevado al descubrimiento de numerosos efectos fantásticos del estado sólido. Muchos de ellos están relacionados con el fenómeno físico del magnetismo, que se basa en la estructura electrónica interna de un determinado material. Un ejemplo de tales propiedades funcionales es la memoria de forma magnética y el efecto magnetocalórico, que se presentan en las aleaciones con memoria de forma magnética (FSMA, por sus siglas en inglés, aleaciones ferromagnéticas con memoria de forma) y que están estrechamente relacionados. En ambos efectos se utiliza el fenómeno de cambiar la estructura cristalina interna bajo la influencia del campo magnético aplicado. En el caso del efecto de memoria de forma magnética, esto se considera un cambio en la forma o movimiento del material. El efecto magnetocalórico se basa en una transformación que se produce bajo la influencia de un campo magnético, durante la cual una fase de baja temperatura con un valor de magnetización bajo se transforma en una fase de alta magnetización con un valor de magnetización alto. La diferencia en los valores de magnetización de las dos fases es de crucial importancia desde el punto de vista de la fuerza del efecto.

Los representantes destacados de las aleaciones con memoria de forma magnética son las aleaciones de Heusler Ni2Mn1+xZ1-x, donde Z = In, Sn, Sb. Las aleaciones de Heusler son una amplia clase de materiales con diversas propiedades físicas. Según su composición pueden ser metales, semiconductores o semimetales, la mayoría magnéticos.

En el marco de una estrecha colaboración, investigadores del Centro NanoBioMedical de la Universidad Adam Mickiewicz, el Instituto de Física Molecular de la Academia Polaca de Ciencias de Poznań y la Universidad de Linköping (Suecia) estudiaron el efecto de cambiar la composición de Ni2Mn1+xZ1- x aleaciones (Z = In, Sn, Sb) sobre las propiedades magnéticas de su fase de alta temperatura. Utilizando métodos computacionales, los científicos explicaron la naturaleza positiva, negativa y no monótona de los cambios en el momento magnético observados en estas aleaciones en función de la raíz sustituida por 'Z'. Para ello, los investigadores desarrollaron un modelo de cómo los cambios en la configuración atómica local afectan al momento magnético total de la aleación. Además, se confirmaron experimentalmente las conclusiones obtenidas del uso del modelo propuesto. Para ello, los científicos utilizaron el fenómeno del desplazamiento del bucle de histéresis en el campo magnético, el llamado efecto "sesgo de intercambio", que confirmó la existencia de áreas que contribuyen negativamente al momento magnético total en la aleación Ni2Mn1+xSn1-x.

La aplicación del modelo desarrollado no se limita a las aleaciones mencionadas anteriormente sino que permite el estudio de propiedades físicas, especialmente magnetismo, en materiales de composición no estequiométrica.

Más información: Karol Załęski et al, Enfoque de configuración atómica local para la dependencia de la concentración no monótona de las propiedades magnéticas de las aleaciones de Heusler Ni2Mn1+xZ1−x (Z = In,Sn,Sb), Scripta Materialia (2020). DOI: 10.1016/j.scriptamat.2020.113646

Proporcionado por la Universidad Adam Mickiewicz