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 características magnéticas. Estos hallazgos podrían afectar los futuros avances tecnológicos en computación cuántica, medios de almacenamiento magnético y sensores de alta precisión.
La investigación se analiza en el artículo "Escalas de energía magnética que compiten a baja temperatura en el ferrimagnet topológico TbMn6Sn6", publicado en Physical Review X. Los "kagome" son un tipo de material cuya estructura toma su nombre de una técnica tradicional japonesa de tejido de cestas. . El tejido produce un patrón de hexágonos rodeados de triángulos y viceversa. La disposición de los átomos en los metales Kagome reproduce el motivo del tejido. Esta característica hace que los electrones dentro del material se comporten de formas únicas.
cesta kagome
Estructura Kagome
Los materiales sólidos tienen propiedades electromagnéticas controladas por su 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 formas particulares, 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 características complejas y potencialmente ajustables en las bandas electrónicas.
El uso de átomos magnéticos para construir la red de estos materiales, como el Mn en TbMn6Sn6, puede contribuir aún más a inducir características topológicas. Rob McQueeney, científico y director de proyecto de Ames Lab, explicó que los materiales topológicos “ tienen una propiedad especial de que, bajo la influencia del magnetismo, se pueden obtener corrientes que fluyen a lo largo del borde del material, que no tienen disipación, lo que significa que los electrones no se dispersan y no disipan energía” .
El equipo buscó comprender mejor el magnetismo de TbMn6Sn6 y utilizó los cálculos y los datos de dispersión de neutrones recopilados por Oak Ridge Spallation Neutron Source para realizar su análisis. Simon Riberolles, investigador asociado postdoctoral en Ames Lab y miembro del equipo del proyecto, explicó la técnica experimental utilizada por el equipo. La técnica implica un haz de partículas de neutrones que se utiliza para comprobar la rigidez del orden magnético. "La naturaleza y la fuerza de las diferentes interacciones magnéticas presentes en los materiales se pueden mapear con esta técnica", dijo.
Descubrieron que TbMn6Sn6 tiene interacciones competitivas entre las capas, o lo que se llama magnetismo frustrado. “Por lo general, esto significa que si lo enciendes, puedes hacer que haga cosas diferentes. Pero lo que hemos descubierto en este material es que incluso si existen estas interacciones en competencia, hay otras interacciones que son dominantes”.
Esta es la primera investigación detallada sobre las propiedades magnéticas del TbMn6Sn6 que se publica. “En la investigación, siempre es emocionante cuando entiendes algo nuevo o mides algo que no se ha visto antes o que se ha entendido de forma parcial o diferente”, dijo Riberolles.
McQueeney y Riberolles explicaron que sus resultados sugieren que el material podría ajustarse para características magnéticas específicas, por ejemplo, cambiando el Tb a un elemento de tierra rara diferente, lo que cambiaría el magnetismo del compuesto. Esta investigación fundamental allana el camino para avances continuos en el descubrimiento de los metales de Kagome.
Este es sólo el primer paso, dado. Los resultados de esta búsqueda probablemente se aplicarán a una lista más larga que la anterior. Los electroimanes y las bobinas o cables eléctricos que giran alrededor de algo sirven para crear un campo magnético. El problema básico es que estos cables son largos y experimentan "pérdida de línea" como el calor. Millones de generadores basados en alambre de cobre están en uso hoy en día. Utilizar un conductor metálico con estructura Kagome significa reducir al mínimo las pérdidas eléctricas y su transformación en calor. La perspectiva de ahorro de energía es enorme.
Estos imanes impulsan motores y transformadores que alimentan hogares y negocios, así como una gran lista de otras aplicaciones.
Este es un trabajo importante para el ahorro de energía y para hacer más energía disponible por menos electricidad. Esperamos que el trabajo de este equipo se acelere y ofrezca resultados cada vez mayores y pronto escalables.
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Esta es una traducción automática de una publicación publicada en Scenari economici en la URL https://scenarieconomici.it/unan-scoperta-sul-magnetismo-puo-aprire-la-porta-a-forti-risparmi/ el Fri, 09 Sep 2022 21:03:15 +0000.