Las espinelas son óxidos con fórmulas químicas del tipo AB ₂ O ₄ , donde A es un catión metálico divalente (ion positivo), B es un catión de metal trivalente, y O es oxígeno. Las espinelas son apreciadas por su belleza, que se deriva de las configuraciones espaciales de las moléculas, pero las espinelas en las que el catión trivalente B consiste en el elemento cromo (Cr) son interesantes por una razón que no tiene nada que ver con la estética:tienen propiedades magnéticas con una gran cantidad de aplicaciones tecnológicas potenciales, incluyendo sensores de gas, portadores de drogas, medios de almacenamiento de datos, y componentes de sistemas de telecomunicaciones.

Un estudio realizado por investigadores brasileños e indios investigó un tipo peculiar de espinela:cromita de manganeso dopada con zinc. Nanopartículas de este material, descrito por la fórmula Mn _0,5 Zn _0,5 Cr ₂ O ₄ [donde el manganeso (Mn) y el zinc (Zn) componen el catión divalente del sitio A], fueron sintetizados en el laboratorio y caracterizados por cálculos basados ​​en la teoría funcional de la densidad (DFT), un método derivado de la mecánica cuántica que se utiliza en física y química del estado sólido para resolver estructuras cristalinas complejas.

La estructura del material, electrónico, Las propiedades vibratorias y magnéticas se determinaron mediante difracción de rayos X, difracción de neutrones, Espectroscopía fotoelectrónica de rayos X y espectroscopía Raman. Se ha publicado un informe del estudio en la Revista de magnetismo y materiales magnéticos con el título "Estructural, electrónico, propiedades vibratorias y magnéticas de las nanopartículas de Zn2 + MnCr2O4 sustituido ".

Los científicos brasileños que participaron en el estudio están afiliados al Centro de Investigación y Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF), una de las Investigaciones, Centros de Innovación y Difusión (RIDC) apoyados por la Fundación de Investigaciones de São Paulo — FAPESP.

Se estableció una transición de fase paramagnética a antiferromagnética a 19 kelvin (-254,15 Celsius). Los materiales paramagnéticos son atraídos por un campo magnético externo porque sus átomos o moléculas tienen cada uno un electrón con un espín no apareado. Los materiales magnéticos tienen varios electrones no apareados organizados, y el efecto acumulativo de estos electrones produce atracción magnética. En materiales antimagnéticos o antiferromagnéticos, los espines de todos los electrones están emparejados, de modo que por cada electrón spin-up, hay un electrón de spin-down. Como resultado, no responden de forma perceptible a la presencia de un campo magnético externo moderado.

"Nuestro interés en este material se debe a sus propiedades magnéticas, "dijo Elson Longo, uno de los autores del estudio. Longo es profesor emérito en el Departamento de Química de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar) en el estado de São Paulo, Brasil, y el investigador principal de CDMF.

"Los estudios convencionales consideran las propiedades magnéticas de forma genérica, desde el punto de vista del sistema en su conjunto, Considerando que hemos desarrollado un método de mecánica cuántica para determinar las propiedades magnéticas sobre la base de las morfologías de las superficies de la estructura cristalina de un material, ", Dijo Longo." Incluso antes de sintetizar cualquier material, podemos predecir teóricamente sus propiedades magnéticas. En este caso específico, esperábamos que el zinc promoviera un aumento en la superficie con propiedades magnéticas, y esto hizo, Por supuesto, ocurrir."

Según Longo, para ser entendido correctamente, un cristal debe considerarse en tres escalas diferentes. "A larga distancia, tenemos todo el cristal. A poca distancia tenemos el grupo de átomos más pequeño posible. A media distancia, tenemos dos o más grupos interactuando. Si un grupo está perfectamente ordenado, no mostrará comportamiento paramagnético, y mucho menos el comportamiento magnético, porque por cada electrón spin-up, habrá un electrón de giro descendente compensado. Sin embargo, si se realiza algún cambio, si se alteran los ángulos de enlace químico, por ejemplo, entonces pueden aparecer electrones no apareados, y el material puede volverse paramagnético o incluso magnético, " él dijo.

Esta perturbación también puede ocurrir como resultado de interacciones a media distancia. Magnetismo, por lo tanto, puede producirse por cambios tanto a corta como a media distancia.

El mismo material puede presentar diferentes propiedades dependiendo de variaciones en ciertos parámetros, que tiene que ver con cómo se sintetiza el material.

“El CDMF está realizando estudios que se concentran en identificar materiales muy baratos con propiedades bactericidas y fungicidas. Una de las aplicaciones sería la producción de envases para extender la vida útil de los productos alimenticios.

"Otro enfoque es la identificación de materiales inorgánicos con propiedades anticancerígenas. Una tercera línea de investigación tiene como objetivo encontrar materiales de fotodegradación capaces de descomponer moléculas orgánicas y convertirlas en gas de carbono y agua. Estos materiales podrían usarse para limpiar ríos contaminados por contaminantes , "Dijo Longo.