24 de Enero de 2022
Magnetismo

El imán molecular más potente jamás creado

Gracias a un peculiar enlace entre tierras raras, la nueva molécula genera un campo magnético tres veces más intenso que el del material que ostentaba el récord hasta ahora.

A los superimanes les acaba de salir un nuevo competidor. Y es que, gracias a un enlace inusual entre dos tierras raras, el magnetismo de una molécula recién diseñada es tres veces más intenso que el del material magnético más potente conocido hasta la fecha. Un equipo de investigación encabezado por Colin Gould, de la Universidad de California en Berkeley (y en el que participa Daniel Reta, de la Universidad del País Vasco), ha diseñado una serie de sustancias con dos átomos de tierras raras, como el disprosio o el terbio, entre los que se sitúan tres átomos de yodo en configuración triangular.

Tal y como publica el equipo en Science, los átomos metálicos se hallan ligados mediante un enlace directo que atraviesa el triángulo de yodo. Ese enlace no solo es el responsable del intenso magnetismo, sino que supondría el primer ejemplo de enlace directo entre dos átomos de tierras raras en el interior de una molécula.

Un material será especialmente magnético si contiene muchos electrones desapareados, es decir, electrones cuyo momento magnético no se encuentra compensado por el de otros con espín opuesto. Pero, además, los momentos magnéticos de esos electrones desapareados deben estar alineados. Las tierras raras contienen muchos electrones desapareados, que pueden alinearse con los de un metal de transición como el hierro cuando se establece un enlace entre la tierra rara y el metal. De este modo pueden crearse imanes muy potentes, como los superimanes de neodimio.

En teoría, es posible obtener imanes aún mucho más fuertes empleando otra tierra rara, en vez del hierro, como compañero de enlace. Sin embargo, hasta ahora no se había logrado sintetizar ninguna molécula con tierras raras enlazadas de forma directa. En la nueva molécula se da un enlace de ese tipo, pero es tan débil que ambos átomos deben mantenerse unidos por tres átomos de yodo para que pueda producirse.

El enlace se basa en un único electrón compartido, que se sitúa entre las dos tierras raras y favorece el alineamiento de los electrones despareados de ambos átomos. Y eso hace que la molécula se vuelva extremadamente magnética. Los investigadores estimaron las propiedades del nuevo imán molecular por medio de distintos métodos. Uno de ellos consistió en calcular el «campo coercitivo», es decir la intensidad que debe presentar un campo magnético externo para vencer el magnetismo interno del material y destruir su imanación.

Según el equipo de Gould, cuando la molécula se construye con dos átomos de terbio y la temperatura es de unos 50 kelvin, el campo coercitivo superaría los 25 teslas. Ese valor no solo triplica el récord anterior de 7,9 teslas, sino que representa casi el doble de la máxima intensidad de campo que pueden registrar los aparatos de medida habituales, por lo que los investigadores no han podido calcular todavía un valor exacto.

Esos imanes moleculares tan potentes pueden resultar útiles de cara al desarrollo de dispositivos de almacenamiento de datos basados en materiales magnetizables. Por otro lado, los investigadores también creen posible ensamblarlos para fabricar grandes imanes. La intensidad de su campo magnético podría superar con creces la de los actuales superimanes, basados en aleaciones que contienen neodimio.

Lars Fischer

Referencia: «Ultrahard magnetism from mixed-valence dilanthanide complexes with metal-metal bonding». Colin A. Gould et al. en Science, vol. 375, págs. 198-202, 13 de enero de 2022.

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