Científicos rusos crean por primera vez un supermaterial con propiedades magnéticas

Fase MAX con propiedades magnéticas
Anna Pznyak et al. / MISIS
 

Uno de los fascinantes nuevos materiales experimentales que los científicos están creando actualmente es el Fase MAX, el cual es resistente al calor debido a su combinación inusual de propiedades químicas, físicas, eléctricas y mecánicas, así como una estructura especial en capas y una combinación única de las propiedades más populares del metal y la cerámica.

El nombre de este nuevo tipo de material se debe a la fórmula general Mn + 1AXn, donde M es un metal de transición, A es un elemento de los subgrupos IIIA o IVA de la tabla periódica, y X es carbono o nitrógeno.

El conjunto específico de propiedades que tienen estos materiales se debe a la estructura única en capas atómicas de su red cristalina. Por eso, las fases MAX tienen propiedades sorprendentes que combinan las ventajas tanto de los metales como de los cerámicos: demuestran rigidez elástica, resistencia química, conductividad térmica y eléctrica, baja gravedad específica, un alto módulo de elasticidad, un bajo coeficiente de expansión térmica, alta resistencia al calor, y resistencia al fuego.

Además, estos materiales son relativamente blandos y la mayoría de ellos son fáciles de manejar, a la vez que son resistentes al choque térmico y al daño (algunos incluso a la fatiga y la oxidación), lo cual los hacen bastante prácticos.

Así mismo, las fases MAX se pueden comprimir a 1 hPa a temperatura ambiente y pueden recuperarse completamente de la eliminación de una carga, dispersando aproximadamente el 25% de la energía mecánica. Por otro lado, a temperaturas más altas, estos materiales generalmente cambian de frágiles a plásticos en términos de comportamiento.

La innovación viene desde Moscú

Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Rusia (MISiS) ha logrado sintetizar uno de estos increíbles materiales con vanadio y hierro, algo que jamás se había logrado hasta la fecha. Esta nueva composición le proporciona propiedades magnéticas adicionales al material y lo hace utilizable en la espintrónica, la refrigeración magnética y la microelectrónica de vanguardia. Los resultados los reseñamos en colaboración con expertos de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Rusia (MISIS).

El descubrimiento es importante porque las fases MAX son bastante nuevas (existen recién desde el 2013) y todavía no hay una comprensión completa de las características magnéticas generales de estos materiales con capas atómicas. Aunque los científicos ya saben que las propiedades magnéticas de los materiales se deben a los metales de transición tardíos. Sin embargo, la síntesis de las fases MAX con la inclusión de estos elementos es una tarea especialmente difícil, ya que estos elementos no están compuestos de materiales estructuralmente similares. Ahí radica la importancia del experimento.


Investigadora Anna Poznyak
Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Rusia (MISiS)

"Nuestro equipo de investigación ha logrado obtener por primera vez, una fase MAX magnética con hierro, el cual es un elemento del bloque d tardío [de la tabla periódica]”, explicó Anna Poznyak, directora del proyecto e investigadora del NUST MISIS - Departamento de Nanosistemas Funcionales y Materiales de Alta Temperatura. “Hemos encontrado los parámetros de síntesis que nos permiten obtener fases MAX magnéticas estables”, añadió la física.

“La obtención de fases MAX con la inclusión de hierro en su estructura ha sido posible debido a múltiples intentos de sintetizar el material a diversas temperaturas y parámetros de tiempo de sinterización con chispa de plasma”, señaló Poznyak,

Potencial uso en la industria aeroespacial 

Uno de los campos donde este tipo de materiales podrían tener un buen uso es en la industria aeroespacial, la cual requiere de motores de alto rendimiento o de sistemas térmicos resistentes a daños, fatiga y que al mismo tiempo retenga una rigidez a altas temperaturas.

También pueden usarse para la producción de refractarios especialmente rígidos y resistentes al calor, elementos de calefacción de alta temperatura (espirales de horno) y revestimientos para contactos, dispositivos y mecanismos eléctricos resistentes a la radiación en la industria nuclear.

Rusia está avanzando rápidamente en la investigación con nuevos materiales. Hace poco un grupo de investigadores de la Universidad ITMO presentó un nuevo método de detección topológica que ayudará a mejorar la nanofabricación; y unos meses atrás, otro equipo encontró una forma de usar nanopartículas magnéticas para detener hemorragias internas.
 

Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.

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