No jornal Avaliações de Física Aplicada , uma equipe de pesquisa internacional da Universidade de Barcelona, o Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), e o relatório da TU Darmstadt sobre as possibilidades de implementação de processos de refrigeração mais eficientes e ecológicos. Para este propósito, eles investigaram os efeitos da exposição simultânea de certas ligas a campos magnéticos e tensões mecânicas.

No passado, pesquisadores estavam preocupados principalmente com o conhecido efeito magnetocalórico, que pode ser observado quando certos metais e ligas são expostos a um campo magnético:Os materiais mudam espontaneamente sua ordem magnética, bem como sua temperatura, o que os torna candidatos promissores para circuitos de resfriamento magnético. "Foi descoberto recentemente que podemos aumentar este efeito consideravelmente em certos materiais, adicionando simultaneamente outros estímulos, como um campo de força, ou mais especificamente, uma carga mecânica, "diz o Dr. Tino Gottschall do Laboratório de Alto Campo Magnético (HLD) em HZDR, descrevendo a abordagem da equipe. Uma pequena gama de tais materiais multticalóricos já é conhecida.

A equipe de pesquisa selecionou uma liga especial de níquel-manganês-índio como um dos materiais mais promissores para seus experimentos. É uma das ligas magnéticas com "memória de forma", cuja memória é o resultado da transformação de duas redes cristalinas diferentes:Se houver um estímulo externo, como um campo magnético, essas estruturas se transformam umas nas outras, resultando em alterações perceptíveis no material, por exemplo, mudanças de forma claramente perceptíveis não são incomuns. A característica especial do composto selecionado é, Contudo, aquela a uma certa temperatura na qual as estruturas cristalinas mudam, as propriedades magnéticas do composto também mudam abruptamente:estrutura e magnetismo estão fortemente acoplados.

Um dispositivo de medição feito sob medida

A fim de determinar as propriedades do material que são necessárias para um processo de resfriamento eficiente, a equipe em Barcelona primeiro teve que desenvolver um único, calorímetro especialmente projetado para medir o calor e que permite a aplicação simultânea de um campo magnético e de pressão na amostra. Para fazer isso, os cientistas aproveitaram um método familiar de teste de materiais e o adaptaram para seus propósitos, submeter a amostra a estresse mecânico uniaxial.

Enquanto as densidades de fluxo magnético variaram até 6 Tesla, que é 120, 000 vezes mais forte que o campo magnético da Terra, o pico de estresse compressivo aplicado foi de 50 megapascais moderados. Para o tamanho de amostra fornecido, essa força corresponde aproximadamente a uma massa de 20 quilogramas. "Pode-se aplicar esse tipo de pressão com as mãos. E esse é o aspecto decisivo para futuras aplicações, porque tais cargas mecânicas gerenciáveis ​​são relativamente fáceis de implementar, "explica o Prof. Lluís Mañosa da Universidade de Barcelona, acrescentando:"O desafio para nós era integrar medições precisas de estresse compressivo e deformação em nosso calorímetro sem distorcer as condições de medição."

Desejado:controle de processo para aplicação prática

Avaliar os resultados obtidos foi bastante complexo. Os pesquisadores gravaram vários parâmetros simultaneamente, como mudança de temperatura, densidade do fluxo magnético, Estresse compressivo, e a entropia da liga durante as fases programadas de resfriamento e aquecimento próximas a uma temperatura específica na qual o material dado experimenta transformações na estrutura cristalina que levam a uma mudança na magnetização. Na liga usada, este processo ocorre à temperatura ambiente, o que também é vantajoso para posterior aplicação prática.

As medidas traçam o comportamento da amostra em um espaço quadridimensional. Mapear este espaço de forma significativa requer uma série de experimentos, resultando em campanhas de medição em grande escala. Para o Prof. Oliver Gutfleisch de TU Darmstadt, o esforço vale a pena:"A interação dos diferentes estímulos em materiais multticalóricos quase não foi investigada até agora. Nossa liga de níquel-manganês-índio é o composto protótipo mais pesquisado nesta classe de materiais até o momento. Nosso trabalho preencheu alguns pontos em branco em seu mapa de propriedade. "

Agora, os cientistas podem avaliar pragmaticamente o benefício da carga de pressão adicional - um objetivo central de pesquisa do Projeto de Bolsa Avançada ERC Cool Innov. Em um ciclo de resfriamento com ímãs permanentes de neodímio disponíveis comercialmente, a eficiência de resfriamento pode ser duplicada aplicando simultaneamente um campo de força. A equipe assume que o novo processo também será de grande valor na busca por outros materiais de resfriamento promissores para o futuro.