Desde discos duros de computadora y teléfonos inteligentes hasta audífonos y motores eléctricos, Los imanes están a la vanguardia de la tecnología actual. Los imanes que contienen elementos de tierras raras se encuentran entre los más potentes disponibles, permitiendo que muchos objetos cotidianos sean cada vez más pequeños. Pero los elementos de tierras raras pueden ser difíciles de obtener, dada su escasez o los desafiantes climas geopolíticos de algunas de las naciones donde se extraen. Ahora, los científicos han identificado imanes basados ​​en tierras raras más fáciles de obtener, así como algunos imanes prometedores que no contienen estos materiales en absoluto.

Los investigadores presentarán sus hallazgos hoy en la Reunión y Exposición Nacional de Primavera de 2019 de la American Chemical Society (ACS).

"Hemos desarrollado nuevas formas de predecir mejor qué materiales son buenos imanes, "dice Thomas Lograsso, Doctor., quien lideró el equipo. "Experimentalmente, podemos 'rehabilitar' sistemas casi magnéticos, llamados paramagnetos. Comenzamos con aleaciones o compuestos que tienen todas las propiedades adecuadas para ser ferromagnéticos a temperatura ambiente. Muchas veces, estos materiales tienen altas proporciones de hierro o cobalto ".

Los paramagnetos son materiales que son atraídos débilmente por un campo magnético y no están magnetizados permanentemente. Pero agregando aleaciones, los paraimanes se han transformado en ferromagnetos, o imanes permanentes regulares, como la superficie metálica de un frigorífico. El equipo de Lograsso en el Instituto de Materiales Críticos del Laboratorio Ames ha identificado dos candidatos prometedores hasta ahora utilizando este enfoque de "rehabilitación", y ambas son formas de cerio cobalto:CeCo ₃ y CeCo ₅ . Aunque el cerio se llama un elemento de tierras raras, es muy abundante y fácil de obtener.

Trabajo previo en CeCo ₃ mostró que exhibía un comportamiento paramagnético clásico. Los cálculos predijeron que al agregar magnesio, CeCo paramagnético ₃ podría transformarse en un ferromagnet. Estas predicciones han sido validadas experimentalmente, Lograsso dice:y esta propiedad se ha observado en mediciones de monocristales del compuesto.

CeCo ₅ es un ferromagnet fuerte. Los investigadores combinaron cálculos teóricos con experimentos de alto rendimiento para concentrarse en la cantidad exacta de cobre y hierro para agregar que optimizaría el ferromagnetismo del compuesto. Con estos aditivos, el equipo anticipa que CeCo ₅ algún día podría usarse en lugar de los imanes de tierras raras más fuertes que contienen neodimio (Nd) y disprosio (Dy), facilitando así la demanda de esos elementos críticos. Lograsso y sus colegas continúan investigando otros metales similares que se pueden agregar a CeCo ₅ para mejorar aún más su idoneidad como un sustituto viable de los imanes de Nd y Dy.

"Reemplazo de imanes de tierras raras, que tienen una gran demanda, sería ideal, tanto económica como medioambientalmente, "Lograsso dice." Aunque nuestros compuestos de cerio-cobalto modificados no son tan poderosos como los imanes de tierras raras, aún podrían ser muy valiosos para determinadas aplicaciones comerciales. Entonces, Nuestro objetivo es hacer coincidir el material magnético adecuado con una aplicación específica:un imán de tierras no raras llamado 'Ricitos de oro' ".

Con ese fin, el grupo continúa utilizando su estrategia para optimizar las características clave de los imanes pobres o no imanes para transformarlos en alternativas que están completamente libres de elementos de tierras raras. Por ejemplo, ahora están usando cobalto para optimizar el rendimiento del hierro germanio, Fe ₃ Ge. La alta magnetización del compuesto resultante es comparable con los mejores imanes basados ​​en Nd. Esta estrategia no se limita solo a Fe ₃ Ge y se está aplicando a otros compuestos prometedores libres de tierras raras para mejorar selectivamente las propiedades de los imanes.