Nuevos Hallazgos para Crear un Mejor Imán Permanente

Los imanes tienen una potencia atómica. La explicación clásica del fenómeno se basa en la alineación del espín de los electrones. Los imanes permanentes tienen su espín alineado todo el tiempo, mientras que los imanes temporales sólo lo tienen bajo la influencia de un fuerte campo magnético externo. Sin embargo, esta explicación es sólo parcial y la ciencia aún tiene dificultades para explicar de dónde procede la energía de este campo fuerte. Puedes encontrar una interesante explicación de Richard Feynman (Premio Nobel de Física en 1965) en el siguiente video.

Mientras los físicos teóricos siguen luchando por encontrar una ecuación adecuada para el fenómeno, los físicos aplicados trabajan en la búsqueda de formas de mejorar los imanes. Para obtener un buen imán permanente hay que tener un alto campo magnético con una masa baja, y un material estable que resista las influencias que lo desmagnetizarían. La mejor aleación utilizada para estos imanes permanentes es la formulación SmCo5. Este material es casi tan fuerte como los imanes de neodimio más modernos, pero tiene una mayor estabilidad frente a la temperatura.

Una forma de mejorar la aleación SmCo5 es aumentar su fuerza magnética sustituyendo el cobalto por hierro (SmCo5 > SmFe5). Sin embargo, la sustitución de todos los átomos de cobalto por hierro, que tiene un momento magnético mayor, crea una estructura inestable para el material. Una solución parece ser utilizar en su lugar una mezcla de níquel y hierro.

En un trabajo reciente, un equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California ha propuesto un nuevo imán permanente eficaz, el SmCoNiFe3. Utilizando cálculos de estructura electrónica de primeros principios, el equipo descubrió que su nueva aleación tiene propiedades magnéticas muy prometedoras y podría sustituir a los imanes de SmCo5 o neodimio en diversas aplicaciones.

Energías de formación calculadas (círculos negros) y experimentales (cuadrados rojos) (eV/celda). La línea roja discontinua es una extrapolación. Las energías negativas indican estabilidad termodinámica.

Su nuevo imán elimina la mayor parte de las desventajas del SmCo5 al tiempo que conserva su eficacia superior a altas temperaturas respecto a los imanes de neodimio. Demostraron que sustituyendo la mayor parte del cobalto por hierro en el SmCo5 y dopándolo con una pequeña cantidad de níquel se obtiene un nuevo imán permanente. Su cálculo numérico predijo unas propiedades magnéticas excepcionales.

"Se trata de un descubrimiento muy oportuno porque los precios del cobalto han subido y casi se han duplicado este año debido a la demanda prevista de baterías de iones de litio-cobalto. El hierro, en cambio, es abundante y muy barato".

Per Soderlind, Lawrence Livermore National Laboratory, California

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