Por José Tadeu Arantes
Publicado como Agencia FAPESP
Las espinelas son óxidos con fórmulas químicas de tipo AB2O4, donde A es un catión metálico divalente (ion positivo); B, un catión de metal trivalente; e O, u oxígeno. Debido a la configuración espacial de la molécula, las espinelas son apreciadas por su belleza. Además, también parece que las espinelas no son un catión trivalente, que consiste en el elemento cromo (Cr), lo que ha despertado gran interés por otra razón: exhiben propiedades magnéticas con un alto potencial de aplicación tecnológica -desde sensores de gases hasta fármacos-. carriers, desde soportes para armazenamento de dados hasta componentes de sistemas de telecomunicaciones.
Un estudio realizado por investigadores brasileños e indios analizó un tipo particular de espinela: o cromita de manganeso dopada con zinc. Material del núcleo de nanopartículas, fórmula de piel descrita Mn0.5Zn0.5Cr2O4 [na qual o manganês (Mn) e o zinco (Zn) compõem o cátion bivalente A], formas sintetizadas en el laboratorio y calculadas utilizando la teoría de la densidad funcional (La teoría funcional de la densidad o DFT) – un método derivado de la mecánica cuántica utilizado en la física de dos sólidos y en química para resolver estructuras cristalinas complejas.
Diferentes técnicas de análisis -difracción de rayos X, difracción de neutrones, espectroscopia de rayos X y espectroscopia Raman- determinarán las propiedades estructurales, electrónicas, vibratorias y magnéticas del material. Artigo a respeito fue publicado por el grupo no Revista de Magnetismo y Materiales Magnéticos: «Propiedades estructurales, electrónicas, vibratorias y magnéticas de nanopartículas sustituidas de Zn2 + MnCr2O4”.
O estudio que tiene la participación de los investigadores hacen Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF), en dos centros de investigación, Inovação e Difusão (CEPID) apoyado por la FAPESP.
El óxido de manganeso y el cromo dopado con zinc exhiben una transición de fase magnética fría a una temperatura de 19 kelvin (-254,15 Celsius) de paramagnético a antiferromagnético.
Cabe señalar qué materiales paramagnéticos se ven afectados por un campo magnético externo. Esto se debe a que sus átomos o moléculas aparecen como un electrón con un espín desapareado. Já um ímã, isto é, un material magnético bien definido, tiene varios electrones desapareados y organizados. Es el efecto acumulativo de los electrones lo que produce la atracción magnética. Seamos materiales antimagnéticos o antiferromagnéticos, los espines de todos los electrones aparecen apareados: por cada electrón de espín de arriba hay, correlativamente, un electrón de espín de abajo. Por lo tanto, no responden notablemente a campos magnéticos externos moderados.
“Si te interesa este material, vuélvete en sus propiedades magnéticas”, dice a Agencia FAPESP o químico elson longo, Profesor Emérito del Departamento de Química de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar) y Director del Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF). Era un artigo de dos firmantes en el modelo.
“Los estudios convencionales analizan las propiedades magnéticas de forma genérica, comenzando por el sistema como todo lo demás. Pero estamos desarrollando un método cuántico que nos permita determinar las propiedades magnéticas a partir de las morfologías superficiales de la estructura cristalina de dos materiales. Así, incluso antes de sintetizar un material, pudimos predecir teóricamente sus propiedades magnéticas. En ningún caso específico sabíamos que favorecería o aumentaría la superficie con propiedades magnéticas -o que sería causado por”, informó el investigador.
Segundo Longo, para que se entienda correctamente, un cristal debe ser considerado en tres escalas diferentes. “Na larga distancia, tenemos vidrio interno. De cerca, tenemos el grupo de átomos más pequeño posible. A media distancia, tenemos una interacción entre dos o más cúmulos. Si el cúmulo está perfectamente ordenado, no mostrará un comportamiento paramagnético y mucho menos magnético. Porque, por cada electrón con espín arriba, habrá, a cambio, un electrón con espín abajo. Además, si se forma una alteración, por ejemplo, se cambian los ángulos de los enlaces químicos, pueden aparecer electrones desapareados. El material se volverá paramagnético o magnético”, disse.
Esta perturbación también puede ocurrir debido a interacciones a media distancia. Por tanto, el magnetismo tiene la posibilidad de producirse tanto por alteraciones de corto como de medio alcance. En consecuencia, un mismo material puede tener diferentes propiedades, dependiendo de la variación de ciertos parámetros. Y también está por ver cómo se verá material y sintetizado.
O CDMF ha concentrado los estudios para identificar materiales muy económicos con propiedades bactericidas y fungicidas. Una de las aplicaciones sería producir envases para una mejor conservación de los alimentos. Deshágase del frente e identifique materiales anticancerígenos inorgánicos. Una tercera línea de investigación consiste en encontrar materiales fotodegradables capaces de degradar moléculas orgánicas transformándolas en dióxido de carbono y agua. Estos materiales podrían ser utilizados para depurar ríos contaminados con contaminantes”, dijo Longo.