El descubrimiento del magnetismo podría abrir la puerta a grandes ahorros

Los científicos del Laboratorio Nacional Ames y el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía de EE. UU. llevaron a cabo una investigación en profundidad del material topológico en capas Kagome TbMn6Sn6 para comprender mejor sus propiedades magnéticas. Estos hallazgos podrían influir en futuros desarrollos tecnológicos en computación cuántica, medios de almacenamiento magnético y sensores de alta resolución.

La investigación se discute en el artículo. Ferroimanes de baja temperatura que compiten en ferroimanes topológicos TbMn6Sn6, Publicado en Physical Review X. “kagome” es un tipo de material cuya estructura toma su nombre de la técnica tradicional japonesa de cestería. El tejido produce un patrón de hexágonos rodeados de triángulos y viceversa. La disposición de los átomos en los minerales Kagome reproduce la idea de textura. Esta característica hace que los electrones del material se comporten de formas únicas.

Estructura Kagome

Los sólidos tienen propiedades Electromagnético controlado por la estructura de banda electrónica. La estructura de la banda depende en gran medida de la geometría de la red atómica y, a veces, las bandas pueden adoptar ciertas formas, como conos. Estas formas especiales, llamadas características topológicas, son responsables del comportamiento único de los electrones en estos materiales. La estructura de Kagome, en particular, conduce a propiedades complejas y modificables en rangos electrónicos.

El uso de átomos magnéticos para construir una red de tales materiales, como Mn en TbMn6Sn6, puede contribuir a las características topológicas. Rob McQueen, científico del laboratorio Ames y director del proyecto, explicó que los materiales topológicos “Tiene una propiedad especial en la que, bajo la influencia del magnetismo, es posible obtener corrientes que fluyen en el borde del material, que carecen de dispersión, lo que significa que los electrones no se dispersan y no disipan energía “.

El equipo buscó comprender mejor el magnetismo de TbMn6Sn6 y utilizó cálculos y datos de dispersión de neutrones recopilados por Oak Ridge Spallation Neutron Source para realizar su análisis. Simon Rebrolis, investigador postdoctoral en Ames Lab y miembro del equipo del proyecto, explicó la técnica experimental que utilizó el equipo. Esta técnica implica un haz de partículas de neutrones que se utiliza para comprobar la rigidez de la disposición magnética. “La naturaleza y la fuerza de las diferentes interacciones magnéticas presentes en los materiales se pueden determinar utilizando esta técnica”, dijo.

Descubrieron que TbMn6Sn6 tiene interacciones competitivas entre las capas, o el llamado magnetismo frustrado. “Por lo general, esto significa que si lo enciendes, puedes obligarlo a hacer cosas diferentes. Pero lo que descubrimos en este material es que incluso si hay interacciones en competencia, hay otras interacciones que son dominantes”.

Esta es la primera investigación detallada publicada sobre las propiedades magnéticas de TbMn6Sn6. “En la investigación, siempre es emocionante cuando entiendes algo nuevo o mides algo que no se ha visto antes, parcialmente entendido o diferente”, dijo Rebrolis.

McQueeney y Riberolles explicaron que sus resultados indican que el material se puede ajustar a propiedades magnéticas específicas, por ejemplo, cambiando Tb a un elemento diferente de tierras raras, lo que podría alterar el magnetismo del compuesto. Esta investigación básica allana el camino para el progreso continuo en el descubrimiento de los minerales de Kagome.

Este es solo el primer paso dado. Es probable que los resultados de esta búsqueda se apliquen a una lista más larga que la anterior. Los electroimanes y las bobinas o cables eléctricos que giran alrededor de un objeto crean un campo magnético. El principal problema es que estos cables son largos y sufren “pérdida de línea” como el calor. Millones de generadores basados ​​en alambre de cobre están en uso hoy en día. El uso de un conductor metálico con un chasis Kagome significa que las pérdidas eléctricas y su conversión en calor se mantienen al mínimo. El potencial de ahorro de energía es enorme.

Estos imanes alimentan motores y transformadores que proporcionan energía a hogares y empresas, así como a una enorme lista de otras aplicaciones.

Esta es una función importante de ahorro de energía y para hacer más energía disponible para reducir la electricidad. Esperamos que el trabajo de este equipo se acelere y brinde resultados más grandes y escalables muy pronto.