Recém aprovado pelo CNPq, o projeto de pesquisa “Encontrando uma nova rota para ímãs permanentes a partir de sistemas eletrônicos correlacionados em escala nanoscópica”, ou em inglês “A new Route towards hard permanente magnets from correlated nanoscopic system”, será sediado no Instituto de Física (IFUSP) e coordenado pelo Prof. Julio Larrea do Laboratory for Quantum Matter under Extreme Conditions (LQMEC) em parceria com o Prof. Daniel Cornejo, do Laboratório de Materiais Magnéticos e Espectroscopia Mössbauer (LMM&EM). O projeto é uma colaboração internacional entre grupos de pesquisa do Brasil, Suíça, Inglaterra, China e Peru.
Ímãs permanentes são cotidianos em nossas vidas, seja em objetos como adornos de geladeiras até no uso em aplicações tecnológicas essenciais, como discos rígidos, motores para veículos elétricos, geradores eólicos, componentes para a indústria aeroespacial, entre outros. A capacidade de armazenar energia magnética salienta a eficiência dos ímãs permanentes como materiais muito promissores para serem usados na atual revolução industrial quântica.
No entanto, nas últimas três décadas, apesar dos grandes avanços nas sínteses de novos protótipos de ímãs permanentes (inclusive sendo produzidos em escalas nanoscópicas), a comunidade cientifica tem encontrado sérias limitações para melhorar a performance de ímãs permanentes. Por um lado, a maior eficiência é atingida quando os ímãs permanentes incluem na sua composição elementos terras-raras, como são os casos dos ímãs de NdFeB e SmCo5. Entretanto, a utilização desses elementos terras-raras tem um grande impacto ambiental e a escassez desses elementos também ocasionou um aumento exponencial no preço desses ímãs permanentes. Por outro lado, a maioria das tentativas de melhorar a eficiência dos ímãs permanentes foram direcionadas por “serendipity”, que mesmo com a inclusão de terras-raras, não houve melhora significativa no desempenho para as aplicações tecnológicas.
Além disso, a atual descrição da física dos ímãs permanentes foca-se em paradigmas do magnetismo onde as partículas fundamentais quânticas como a carga, spin e orbitais não interagem, situação que se afasta da realidade, sobretudo quando estes compostos contêm terras raras.
No contexto deste desafio, a equipe internacional coordenada pelo Prof. Larrea está propondo uma nova abordagem para entender aspectos da física fundamental responsáveis pelas excelentes propriedades magnéticas dos ímãs permanentes. Abordando a interação entre as partículas fundamentais, dentro da física quântica de muito corpos, e na presença de efeitos quânticos de tamanho do sistema, como quando os compostos atingem escalas nanoscópicas, pretendemos descobrir quais escalas de energias no nível quântico são fundamentais para a formação dos ímãs permanentes baseados em terras raras.
De acordo com o pesquisador Daniel Cornejo, a pesquisa de ímãs permanentes tem reconhecida tradição no IFUSP, com mais de quatro décadas de história. Ela foi liderada pelos professores Frank Patrick Missell e Hercílio Rodolfo Rechenberg. “Tanto o saudoso professor Hercílio quanto o Frank - meu mentor e amigo, atualmente aposentado -, foram pioneiros na tarefa de montar o que hoje é o LMM&EM. Eles deram contribuições muito significativas no estudo de propriedades de ímãs de terras raras, como SmCo5 e Nd2Fe14B. Mais ainda, formaram um bom número de recursos humanos, muitos dos quais hoje lideram diferentes grupos no Brasil com ênfase em magnetismo”.
Neste momento, no entanto, o IFUSP deve liderar a pesquisa sob um novo paradigma: “Por um lado, nossa abordagem tem relevância para o entendimento do magnetismo em função do comportamento coletivo das partículas quânticas na matéria. Por outro lado, a nossa equipe composta por especialistas na física de matéria condensada, tanto teórica como experimental, destaca a importância de entender os mecanismos básicos para posteriormente procurar novas rotas na obtenção de ímãs permanentes com menos uso de terras raras. Esses resultados também serão muito estratégicos para o Brasil, considerando que, apesar de sua grande reserva de terras raras, o know-how gerado deste projeto pode auxiliar na obtenção de ímãs permanentes mais sustentáveis. Ainda importante, a colaboração entre pares de diferentes instituições beneficiará a formação de recursos humanos especializados em materiais quânticos funcionais a partir dos auxílios de intercâmbio recebidos neste projeto. Estamos muito motivados nesta colaboração internacional, e acreditamos que laboratórios do IFUSP, como o LQMEC e LMM&EM poderão trabalhar em sinergia para superar desafios” - esclarece o Prof. Julio Larrea, coordenador do projeto.
A new route towards hard permanent magnets from Correlated nanoscopic system
Agência de Fomento: CNPq | Chamada: Apoios a Projetos Internacionais, MCTI/CNPQ Nº 16/2024 - Faixa 1
O projeto inclui colaboradores da École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suíça); University of Oxford, Rutherford Appleton Laboratory and University of Warwick (Inglaterra); Zhejiang University (China); Universidad Mayor de San Marcos (Peru); Universidade de São Paulo, Universidade Federal de Amazonas, Universidade Federal do Oeste de Pará, Universidade Federal de Pernambuco (Brasil)
Laboratory for Quantum Matter under Extreme Conditions (LQMEC)
Por Tatiana Maria / Comunicação HEPIC - IFUSP.
