Strategia de design a materialelor deschide tunabilitatea magnetică în aproximanții quasicristalelor
Un studiu revoluționar condus de profesorul Ryuji Tamura și asistentul său, Farid Labib, de la Universitatea din Tokyo, a adus în atenție o nouă metodă care face posibilă tunabilitatea proprietăților magnetice în compuși complexi. Această tehnică, numită „substituție hetero-valentă dublă”, permite depășirea limitărilor impuse de compușii stoichiometrici, permițând astfel o ajustare semnificativă a raportului electronilor de valență per atom (e/a).
Efectul prost al constrângerilor stoichiometrice
Încercarea de a manipula compușii stoichiometrici a fost întotdeauna o provocare din cauza stabilității lor chimice. Această stabilitate restricționează asezarea parametrului e/a, prin urmare, majoritatea cercetărilor își găsesc limite în capacitatea de a proiecta materiale cu proprietăți magnetice dorite. Deși structura acestor compuși este complexă, cercetătorii au descoperit că prin înlocuirea parțială a atomilor, se poate extinde domeniul compoziției și se pot transforma în compuși non-stoichiometrici.
Transformarea prin substituție
Aplicând tehnica de substituție, echipa a reușit să integreze aur în structura compusului Ga52Pt34Gd14, transformându-l într-o nouă familie de aproximanți cu proprietăți magnetice îmbunătățite. Rezultatul a fost o gamă variată de valori e/a de la 1.60 la 1.83, fiind astfel capabili să arate un comportament ferromagnetic pe scară lungă și să manifeste tranziții de fază semnificative. Aceste noi materiale demonstrează o capacitate magnetocalorică ridicată, esențială pentru aplicații de refrigerare magnetică.
Performanța magnetocalorică excepțională
Un aspect remarcabil al acestei cercetări este capacitatea acestor compuși de a genera o schimbare a entropiei magnetice isoterme (ΔSm) care atinge până la -8.7 J/K·mol-Gd. Acesta arată capacitatea materialului de a absorbi sau elibera căldură în funcție de câmpul magnetic aplicat, făcându-i extrem de promițători pentru refrigerare magnetică la temperaturi joase. Descoperirile subliniază nu doar inovația metodică, ci și potențialul acestor materiale în tehnologie, precum refrigerarea adiabatică demagnetizantă.
Aveniția la provocări viitoare
Metoda de substituție poate fi aplicată și altor perechi de elemente, deschizând astfel calea pentru dezvoltarea viitoare a materialelor magnetocalorice dincolo de familia quasicristalelor. Această abordare nu doar că îmbunătățește performanța, ci și reduce costurile prin utilizarea metalelor mai ieftine, cum ar fi cuprul sau argintul, în locul celor prețioase.
În concluzie, acest studiu reprezintă un pas major în domeniul designului materialelor magnetice, oferind perspective fascinante în conturarea soluțiilor inovatoare pentru nevoile tehnologice actuale și viitoare.
Sursa: Phys.org
