Magnetismo de terras raras é observado no ferro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/06/2014

Cristal de nitreto de lítio-ferro, onde foram observadas propriedades magnéticas similares às apresentadas pelos elementos de terras raras.
[Imagem: Ames Lab]

Solução gás-metal

Propriedades magnéticas que têm sido associadas apenas com os metais de terras raras foram observadas em um dos metais mais comuns e abundantes: o ferro.

Isso abre a possibilidade de usar o ferro para fabricar ímãs de alto desempenho, como os usados nas turbinas eólicas e nos motores de carros elétricos.

Essas aplicações hoje exigem ímãs de terras-raras, contendo sobretudo elementos como o neodímio.

O "supermagnetismo" foi registrado em um composto de ferro onde cada átomo do elemento é posicionado entre dois átomos de nitrogênio, formando uma espécie de "solução" entre um gás e um metal.

Magnetismo e permanência

Mesmo nos ímãs de alto desempenho, é o ferro que fornece a maior parte de sua força, o magnetismo propriamente dito.

Mas é necessário incluir elementos de terras raras na receita para dar "permanência" aos magnetos, a capacidade de manter fixa a direção do campo magnético - também chamada anisotropia.

As terras raras não são exatamente raras, mas seu processamento é complexo e sua oferta é virtualmente um monopólio - a China responde por 97% da produção dos 17 metais provenientes das terras raras.

Infelizmente, a nova descoberta, embora surpreenda do ponto de vista da ciência básica, não se converterá em uma boa surpresa comercial tão logo.

"Não se trata de uma descoberta industrial neste ponto, porque essas propriedades magnéticas só se revelam em temperaturas criogênicas. Mas é um avanço da ciência básica que espero venha a apontar o caminho para futuros avanços técnicos," disse o professor Paul Canfield, dos Laboratórios Ames, nos Estados Unidos.

A solução encontrada pelos pesquisadores é uma verdadeira receita de alquimia.
[Imagem: A. Jesche et al./10.1038/ncomms4333]

Fórmula de alquimia

De fato, a descoberta, uma verdadeira fórmula de alquimia, aponta para novas formas de manipular os elementos para criar materiais antes impensáveis.

"A utilização do nitrogênio para crescimento em solução ainda não tinha sido bem explorada porque, como pensamos tipicamente no nitrogênio na forma de gás, é um desafio chegar a uma solução," explica o Dr. Anton Jesche, principal autor da descoberta.

"Mas achamos que o lítio, um elemento sólido mais leve parecido com ele poderia segurar o nitrogênio em solução. Então, nós misturamos lítio e nitreto de lítio em pó, e funcionou. Criamos uma solução," completou Jesche.

Em seguida, o grupo acrescentou ferro e, para sua surpresa, o ferro se dissolveu.

"Normalmente, ferro e lítio não se misturam. Parece que a adição de nitrogênio ao lítio em solução permitiu que o ferro participasse," disse Canfield.

O resultado prático é que os cristais resultantes, depois de retirados da solução, exigiram até 11 teslas para reverter sua magnetização, quase dez vezes mais do que nos ímãs comerciais.

"Tal como está, esse material tem implicações claras na busca por substitutos pelas terras raras nos ímãs permanentes - e talvez também possa afetar o armazenamento e a manipulação de dados em computadores quânticos," prevê Canfield.

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