Los Científicos Diseñan Nuevos Imanes Ligeros Con Propiedades Excepcionales

Imanes basados ​​en moléculas de próxima generación

Representación pictórica del imán basado en moléculas y sus propiedades magnéticas. Crédito: Rodolphe Clérac

Los nuevos imanes ligeros tienen posibles aplicaciones en el mundo real.

Un equipo internacional de investigadores dirigido por el Centre de Recherche Paul Pascal (UMR 5031, CNRS -Universidad de Burdeos) ha descubierto una forma novedosa de diseñar imanes con propiedades físicas sobresalientes, que podrían hacerlos complementarios o incluso competitivos con los imanes inorgánicos tradicionales. , que se utilizan ampliamente en los electrodomésticos de uso diario.

Los imanes son una parte integral de nuestra vida cotidiana y se encuentran en muchos dispositivos médicos y electrónicos, incluidos electrodomésticos, motores eléctricos y computadoras. La demanda de nuevos materiales magnéticos ha aumentado significativamente en los últimos años. Muchos de estos materiales están compuestos de elementos metálicos o metales de tierras raras que se pueden utilizar a temperatura ambiente. En 2019, el mercado mundial de estos imanes inorgánicos valía 19.500 millones de dólares y se espera que alcance los 27.500 millones de dólares en 2025. Sin embargo, la fabricación de imanes inorgánicos puede ser costosa y el acceso a sus elementos constituyentes suele ser limitado.

Durante décadas, los químicos han intentado fabricar imanes de alto rendimiento a bajo costo energético y financiero utilizando unidades moleculares de abundantes iones metálicos y ligandos orgánicos económicos. Hasta ahora, se han informado muy pocos imanes basados ​​en moléculas que funcionan a temperatura ambiente, y los pocos ejemplos conocidos no pueden almacenar información.

Los nuevos imanes tienen posibles aplicaciones en el mundo real

Un equipo internacional de investigadores dirigido por el investigador del CNRS Rodolphe Clérac en la Universidad de Burdeos, ha encontrado una nueva estrategia química para diseñar redes de coordinación basadas en imanes compuestas por un radical orgánico (una molécula con un electrón desapareado, por lo tanto, lleva espín) y un paramagnético ( ión metálico portador de espín) para generar una interacción magnética muy fuerte. Estos nuevos imanes tienen muchas propiedades físicas deseables, incluida una alta temperatura de funcionamiento (hasta 242 ° C), una gran coercitividad (es decir, la capacidad de almacenar información) y baja densidad.

Los nuevos imanes ligeros con densidades de alrededor de 1,2 g cm –3 frente a más de 5 g cm –3 de los imanes inorgánicos tradicionales exhiben una gran coercitividad a temperatura ambiente de hasta 7500 Oe (2 órdenes de magnitud más alta que la informada anteriormente para los sistemas basados ​​en moléculas) y altas temperaturas de funcionamiento que superan el récord actual de las redes de coordinación en más de 100 ° C. Además de las excelentes propiedades físicas, el proceso de síntesis de estos imanes es relativamente sencillo y se puede aplicar fácilmente a muchos materiales organometálicos para convertirlos en imanes organometálicos.

A pesar de la relativa facilidad de preparación de los nuevos imanes, son muy sensibles al aire y poco cristalinos, sin embargo, los investigadores pudieron superar estos obstáculos para caracterizar completamente estos imanes. Las propiedades electrónicas y magnéticas de estos imanes se caracterizaron de una manera selectiva de elementos a través de varias colaboraciones internacionales. Si bien las líneas de luz BM01 e ID12 en el European Synchrotron Research Facility (ESRF) fueron clave para comprender estos materiales con respecto a su estructura y propiedades magnéticas, sin embargo, el reciente investigador de la Academia de Finlandia Aaron Mailman contribuyó a la caracterización analítica y espectroscópica de estos imanes. .

” La estrategia sintética utilizada en este trabajo debe ser ampliamente aplicable a los sistemas relacionados y, si bien estos resultados representan nuevos puntos de referencia para la coercitividad y la temperatura crítica, en imanes metalorgánicos livianos de baja densidad, espero que los resultados futuros conduzcan a mejoras adicionales y reales. aplicaciones de tecnología mundial ”, dice Aaron Mailman.

Rodolphe Clérac dice: ” Para ser honesto, no había considerado aplicaciones de mi investigación antes de este trabajo, ya que mi equipo y yo hacemos ciencia fundamental, pero ahora tengo claro que podemos usar estos materiales en sensores magnéticos magnetoelectrónicos. y tecnologías de grabación, especialmente cuando el peso es un problema, por ejemplo, en smartphones o satélites ”, concluye.

Referencia: “Imanes metal-orgánicos con gran coercitividad y temperaturas de pedido de hasta 242 ° C” por Panagiota Perlepe, Itziar Oyarzabal, Aaron Mailman, Morgane Yquel, Mikhail Platunov, Iurii Dovgaliuk, Mathieu Rouzières, Philippe Négrier, Denise Mondieig, Elizaveta A. Suturina, Marie-Anne Dourges, Sébastien Bonhommeau, Rebecca A. Musgrave, Kasper S. Pedersen, Dmitry Chernyshov, Fabrice Wilhelm, Andrei Rogalev, Corine Mathonière y Rodolphe Clérac, 30 de octubre de 2020, Ciencia .
DOI: 10.1126 / science.abb3861

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