Los materiales magnéticos se pueden desarrollar ahora más rápido que nunca, gracias a las técnicas de modelado computarizado utilizadas para construir dos nuevos tipos de imanes, átomo por átomo.

Mediante el uso de software para predecir la energía de los átomos, la estabilidad y otras interacciones dentro de un modelo de computadora, los investigadores redujeron 236.115 compuestos potencialmente prometedores a una lista corta de sólo 14 muy rápidamente.

Eso es una gran mejora con respecto a los métodos tradicionales de ensayo y error actualmente utilizados por los científicos, según el equipo de la Universidad de Duke, y podría conducir al rápido descubrimiento de nuevos imanes para todo tipo de propósitos, desde dispositivos médicos hasta motores de automóviles.

«Predecir los imanes es un gran trabajo y su descubrimiento es muy raro», dice uno de los investigadores, Stefano Curtarolo del Centre for Materials Genomics en Duke. «Incluso con nuestro proceso de selección, se necesitaron años de trabajo para sintetizar nuestras predicciones».

Una mirada microscópica a los dos nuevos materiales. Crédito: Universidad de Duke

Con sólo el 5 por ciento de compuestos inorgánicos conocidos mostrando incluso un toque de magnetismo, los científicos están dispuestos a desarrollar nuevos materiales en el laboratorio para complementarlos.

Esta investigación se centró en una familia de materiales llamados «Heusler alloys» («aleaciones de Heusler»), compuesto de átomos de tres elementos diferentes dispuestos en una de tres estructuras distintas – dando 236.115 combinaciones posibles en total.

Mediante el uso de modelos informáticos de prototipos potenciales -que calculaban cómo podrían interactuar los átomos y la energía que se requeriría- la lista se redujo rápidamente.

Los modelos también fueron capaces de buscar momentos magnéticos en cada compuesto, o cómo reaccionarían a campos magnéticos externos.

Finalmente, los científicos quedaron con 14 candidatos para nuevos materiales que luego podrían trabajar en sintetizar en el laboratorio: de los cuatro que fueron elegidos, dos fueron desarrollados a lo largo de varios años.

Aunque el proceso de síntesis es todavía relativamente lento, trabajar en un puñado de compuestos potenciales es más fácil que tratar de encontrar la combinación correcta en un grupo de 236.115, por lo que la técnica de modelado por computadora podría ser tan útil.

«Puede haber todo tipo de restricciones o condiciones especiales que se requieren para que un material se estabilice», explica uno de los integrantes del equipo, Corey Oses. «Pero elegir entre 14 es mucho mejor que 200.000».

El primer material nuevo, Co2MnTi, cobalto combinado, manganeso y titanio, y los investigadores fueron capaces de predecir con precisión las propiedades del nuevo imán, incluyendo la temperatura de Curie (el punto cuando el material pierde su magnetismo).

Esa temperatura resultó ser 938 Kelvin (1,228 grados Fahrenheit), muy cerca de los 940 Kelvin predichos (1.232 grados Fahrenheit), haciendo el material potencialmente útil en muchas aplicaciones comerciales.

El segundo material magnético, Mn2PtPd, mezcla de manganeso, platino y paladio, y de nuevo las predicciones informáticas sobre sus propiedades resultaron ser muy precisas.

Mn2PtPd se encontró que es un antiferromagneto, donde los electrones están divididos en sus alineaciones – lo que significa que el material no tiene un momento magnético interno propio, pero sus electrones son sensibles a campos magnéticos externos.

Este material podría ser utilizado en discos duros, memorias de acceso aleatorio (RAM) y dispositivos de detección de campo magnético, dicen los científicos, pero el método utilizado para encontrar estos materiales es lo más importante.

«Realmente no importa si cualquiera de estos nuevos imanes se demuestra útil en el futuro», dice Curtarolo. «La capacidad de predecir rápidamente su existencia es un golpe importante y será de gran valor para los científicos de materiales avanzandos».

La investigación ha sido publicada en Science Advances.