Leghe metalliche in grado di modificare la temperatura all’interno dei campi magnetici (effetto magnetocalorico) potrebbero portare a una nuova generazione di refrigeratori non inquinanti. È la prospettiva emersa dalla collaborazione tra il dipartimento di Energia dell’Argonne National Laboratory e l’Ames National Laboratory (Usa). Lo studio, guidato da Daniel Haskel del Argonne, è stato pubblicato sul Physical Review Letters.
Questi nuovi materiali sono basati su leghe di gadolinio (un elemento metallico), germanio e silicio, e mostrano un enorme effetto magnetocalorico dovuto alla combinazione inusuale tra il magnetismo dei materiali e la struttura chimica. La fase sperimentale è stata eseguita presso l’Advanced Photon Source di Argonne, la più potente fonte di raggi X per la ricerca. Usando i fasci di raggi X polarizzati, i ricercatori hanno studiato il magnetismo degli ioni del gadolinio e del germanio, quando la materia viene sottoposta alla rottura dei legami e al cambiamento della struttura magnetica, e hanno compreso il ruolo degli ioni non magnetici del germanio e del silicio. Oltre all’attesa magnetizzazione del gadolinio, infatti, lo studio rivela una inattesa quanto significativa magnetizzazione del germanio.
Questa scoperta è sorprendente perché normalmente questo materiale non ha proprietà magnetiche. Secondo gli scienziati, la sua magnetizzazione sarebbe indotta dall’ibridazione tra i suoi orbitali atomici con quelli del gadolinio. Questa ibridazione cambierebbe drasticamente durante la rottura dei legami della lega germanio-silicio, causando la distruzione dell’ordinamento magnetico e l’enorme effetto magnetocalorico.
Combinando i nuovi risultati sperimentali con i calcoli sulla struttura elettronica elaborati presso l’Ames Laboratory, i ricercatori sono stati in grado di concludere che gli orbitali del germanio magnetizzato agiscono come ponti magnetici tra gli ioni distanti del gadolinio. In questo caso, la temperatura a cui si verifica l’esperimento è prossima a quella ambientale, ma può essere tarata cambiando le proporzioni di germanio o silicio. (t.m.)
