Dos autores F. de Almeida Passos, G. J. Nilsen, C. E. Patrick, M. D. Le, G. Balakrishnan, Santosh Kumar, A. Thamizhavel, D. R. Cornejo, e J. Larrea Jiménez.
Em Physical Review B 108, 174409 – Publicado em 7/11/23.
Informações do Prof. Julio Larrea.
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Trabalho do doutorando Fernando de Almeida Passos sob orientação do Prof. Julio Larrea (LQMEC – IFUSP) e coorientação do Prof. Daniel Cornejo (LMM – IFUSP), foi recentemente publicado na revista Physical Review B. O trabalho é resultado de uma colaboração internacional com pesquisadores do Reino Unido e, através da técnica de espalhamento inelástico de nêutrons e cálculos computacionais, determinou os parâmetros de uma das interações responsáveis pelo magnetismo no ímã permanente NdCo5.
Ímãs permanentes são fundamentais na tecnologia moderna, possuindo aplicações que vão desde motores para veículos à discos rígidos para eletrônicos. Os melhores ímãs permanentes existentes atualmente são compostos por elementos terras-raras, como nos casos dos ímas de NdFeB e SmCo5, descobertos no final dos anos 80. Entretanto, a utilização desses elementos terras-raras tem um grande impacto ambiental, bem como a escassez desses elementos ocasionou um aumento exponencial no preço desses ímãs permanentes nas últimas décadas. Desta forma, há um enorme interesse na busca por novos ímãs permanentes com melhor desempenho e sem a presença de terras-raras.
Um passo essencial para auxiliar na busca por novos ímãs permanentes é entender os mecanismos fundamentais, dentro da física quântica de muito corpos, que são responsáveis pelas excelentes propriedades magnéticas dos ímãs permanentes atuais, algo que ainda não é completamente bem estabelecido. Em particular, no caso do NdCo5, que pertence à mesma família do SmCo5, havia diversos cálculos teóricos e estimativas experimentais dos parâmetros de campo cristalino (uma das interações responsáveis pelo magnetismo nesses materiais) porém com resultados bem discrepantes entre si.
Nosso trabalho, utilizando a técnica de espalhamento inelástico de nêutrons em um experimento realizado no acelerador de nêutrons no ISIS - Rutherford Appleton Laboratory (RAL), no Reino Unido, foi possível observar diretamente as excitações de campo cristalino no material, permitindo obter parâmetros de campo cristalino muito mais confiáveis. Importante mencionar que, experimentos com nêutrons permitem aceder diretamente às grandezas físicas dentro de uma Hamiltoniana que descreve as interações fundamentais de um sistema quântico. Portanto, com os experimentos de espalhamento de nêutrons, podemos inferir os diferentes estados quânticos e escalas de energia associadas a eles, responsáveis por muitas propriedades físicas como a orientação dos momentos magnéticos e anisotropia magnética dentro de um material.
Neste sentido, nossos resultados confirmam a importância de efeitos de hibridização do orbital localizado 4f do Nd com orbitais itinerantes do Co, geralmente negligenciados na maioria dos cálculos teóricos e que havia sido previsto recentemente, mas ainda sem comprovação experimental. Desta forma, além de contribuir para uma melhor compreensão das diferentes interações responsáveis pelo magnetismo em ímãs permanentes, nossos resultados também ajudam a identificar as abordagens teóricas mais adequadas para descrevê-los, abrindo rotas para a busca de uma nova geração de ímãs permanentes com melhor desempenho e sem a presença de terras-raras.
Ressaltamos que, a partir da primeira visita do Dr. Nilsen do ISIS-RAL ao grupo do Prof. Larrea (financiado pela FAPESP 2019//24797-1 e 2018/08845-3), o ISIS-RAL aumentou seu interesse em oferecer as facilidades de espalhamento de nêutrons para toda a comunidade brasileira dentro da chamada ISPF (International Science Partnerships Fund).
Mais informações nos sites do UK Research and Innovation - UKRI e do ISIS-RAL.
Imagem: Do artigo / divulgação.
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