En un nuevo e innovador estudio, científicos e ingenieros de la Universidad de Minnesota han transformado eléctricamente el material no magnético abundante y de bajo costo sulfuro de hierro, también conocido como "oro de los tontos" o pirita, en un material magnético.
Esta es la primera vez que los científicos han transformado eléctricamente un material completamente no magnético en uno magnético, y podría ser el primer paso para crear nuevos materiales magnéticos valiosos para dispositivos de memoria de computadora con mayor eficiencia energética.
La investigación se publica en avances científicos , una revista científica revisada por pares publicada por la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia AAAS.
"La mayoría de las personas conocedoras del magnetismo probablemente dirían que es imposible transformar eléctricamente un material no magnético en uno magnético. Sin embargo, cuando miramos un poco más profundo, vimos una ruta potencial y la hicimos realidad", dijo Chris.Leighton, investigador principal del estudio y profesor distinguido de la Universidad McKnight en el Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de los Materiales de la Universidad de Minnesota.
Leighton y sus colegas, incluidos Eray Aydil en la Universidad de Nueva York y Laura Gagliardi química en la Universidad de Minnesota, han estado estudiando el sulfuro de hierro, o 'oro de los tontos', durante más de una década para su posible uso en células solares.El azufre en particular es un subproducto muy abundante y de bajo costo de la producción de petróleo. Desafortunadamente, los científicos e ingenieros no han encontrado una manera de hacer que el material sea lo suficientemente eficiente como para realizar células solares de bajo costo y abundantes en la tierra.
"Realmente volvimos al material de sulfuro de hierro para tratar de descubrir los obstáculos fundamentales para las células solares baratas y no tóxicas", dijo Leighton. "Mientras tanto, mi grupo también estaba trabajando en el campo emergente de la magnetoiónica donde intentamosutilizar voltajes eléctricos para controlar las propiedades magnéticas de los materiales para aplicaciones potenciales en dispositivos de almacenamiento de datos magnéticos. En algún momento nos dimos cuenta de que deberíamos combinar estas dos direcciones de investigación, y valió la pena ".
Leighton dijo que su objetivo era manipular las propiedades magnéticas de los materiales solo con un voltaje, con muy poca corriente eléctrica, lo cual es importante para hacer que los dispositivos magnéticos sean más eficientes energéticamente. El progreso hasta la fecha había incluido encender y apagar el ferromagnetismo, lo másforma tecnológicamente importante de magnetismo, en otros tipos de materiales magnéticos. El sulfuro de hierro, sin embargo, ofrecía la perspectiva de un ferromagnetismo potencialmente inductor eléctrico en un material completamente no magnético.
En el estudio, los investigadores utilizaron una técnica llamada compuerta de electrolitos. Tomaron el material de sulfuro de hierro no magnético y lo pusieron en un dispositivo en contacto con una solución iónica, o electrolito, comparable a Gatorade. Luego aplicaron tan poco como1 voltio menos voltaje que una batería doméstica, movió moléculas cargadas positivamente a la interfaz entre el electrolito y el sulfuro de hierro, e indujo magnetismo. Es importante destacar que pudieron apagar el voltaje y devolver el material a su estado no magnético, lo que significa que pueden activar y desactivar el magnetismo de forma reversible.
"Nos sorprendió bastante que funcionó", dijo Leighton. Al aplicar el voltaje, esencialmente vertimos electrones en el material. Resulta que si se obtienen concentraciones suficientemente altas de electrones, el material quiere volverse ferromagnético espontáneamente, lo quepudimos entender con la teoría. Esto tiene mucho potencial. Habiéndolo hecho con sulfuro de hierro, suponemos que podemos hacerlo con otros materiales también ".
Leighton dijo que nunca se habrían imaginado probar este enfoque si no fuera por la investigación de su equipo que estudia el sulfuro de hierro para las células solares y el trabajo sobre magnetoiónica.
"Fue la convergencia perfecta de dos áreas de investigación", dijo.
Leighton dijo que el siguiente paso es continuar la investigación para replicar el proceso a temperaturas más altas, lo que los datos preliminares del equipo sugieren que ciertamente debería ser posible. También esperan probar el proceso con otros materiales y demostrar el potencial de dispositivos reales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Minnesota . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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