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Jun 13, 2023

Uma vez para cima, uma vez para baixo – como a configuração atômica local afeta o magnetismo da liga?

Um exemplo ilustrativo do impacto e da escala da importância dos materiais são os nomes das idades da pré-história, como a Idade da Pedra, do Bronze ou do Ferro. O uso desses materiais por pessoas em um

Um exemplo ilustrativo do impacto e da escala da importância dos materiais são os nomes das idades da pré-história, como a Idade da Pedra, do Bronze ou do Ferro. A utilização destes materiais pelas pessoas numa determinada época decidiu um avanço no desenvolvimento da humanidade como espécie.

As propriedades únicas que condicionaram o uso de determinados materiais no passado foram e ainda são a dureza e a capacidade de processá-los. Inicialmente, eles foram usados ​​para produzir ferramentas necessárias à sobrevivência. No entanto, são atualmente a base do mundo material que nos rodeia e a sua utilização cada vez mais ampla afeta a melhoria contínua do conforto e da qualidade das nossas vidas.

No atual estágio de desenvolvimento da civilização, os plásticos podem ser colocados na vanguarda dos materiais críticos, que, devido às suas propriedades plásticas únicas, são encontrados na infinidade de objetos que nos rodeiam e que utilizamos diariamente. Outro material que não é tão óbvio para o público em geral, mas também tão comum e importante como o plástico, é o silício. As propriedades elétricas do silício, ou seja, a chamada semicondutividade, são a base da eletrônica. Neste último caso, não são mais as propriedades úteis na criação de novos objetos, mas os efeitos físicos internos do material que determinam sua funcionalidade e ampla aplicação.

A crescente demanda por novos materiais com propriedades funcionais levou à descoberta de numerosos efeitos fantásticos no estado sólido. Muitos deles estão relacionados ao fenômeno físico do magnetismo, que se baseia na estrutura eletrônica interna de um determinado material. Um exemplo de tais propriedades funcionais é a memória de forma magnética e o efeito magnetocalórico, que ocorrem em ligas com memória de forma magnética (FSMA – ligas com memória de forma ferromagnética) e estão intimamente relacionados. Em ambos os efeitos, é utilizado o fenômeno de alteração da estrutura cristalina interna sob a influência do campo magnético aplicado. No caso do efeito de memória de forma magnética, isto é visto como uma mudança na forma ou movimento do material. O efeito magnetocalórico é baseado em uma transformação que ocorre sob a influência de um campo magnético durante a qual uma fase de baixa temperatura com baixo valor de magnetização se transforma em uma fase de alta magnetização com alto valor de magnetização. A diferença nos valores de magnetização das duas fases é de importância crucial do ponto de vista da intensidade do efeito.

Os representantes proeminentes das ligas com memória de forma magnética são as ligas Heusler Ni2Mn1+xZ1-x, onde Z = In, Sn, Sb. As ligas Heusler são uma ampla classe de materiais com diversas propriedades físicas. Dependendo da sua composição, podem ser metais, semicondutores ou semimetais, a maioria dos quais são magnéticos.

Como parte de uma estreita cooperação, investigadores do Centro NanoBioMedical da Universidade Adam Mickiewicz, do Instituto de Física Molecular da Academia Polaca de Ciências em Poznań e da Universidade de Linköping (Suécia) estudaram o efeito da alteração da composição de Ni2Mn1+xZ1- x ligas (Z = In, Sn, Sb) nas propriedades magnéticas de sua fase de alta temperatura. Usando métodos computacionais, os cientistas explicaram a natureza positiva, negativa e não monotônica das mudanças no momento magnético observadas para essas ligas dependendo da raiz substituída por 'Z'. Para tanto, os pesquisadores desenvolveram um modelo de como as mudanças na configuração atômica local afetam o momento magnético total da liga. Além disso, as conclusões obtidas com a utilização do modelo proposto foram confirmadas experimentalmente. Para tanto, os cientistas utilizaram o fenômeno de deslocamento do loop de histerese no campo magnético, o chamado efeito de "viés de troca", que confirmou a existência de áreas que contribuem negativamente para o momento magnético total na liga Ni2Mn1+xSn1-x.

A aplicação do modelo desenvolvido não se limita às ligas citadas acima, mas permite o estudo de propriedades físicas, principalmente do magnetismo, em materiais de composição não estequiométrica.