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Jun 13, 2023

Una volta su, una volta giù: in che modo la configurazione atomica locale influenza il magnetismo della lega?

Un esempio illustrativo dell'impatto e della portata dell'importanza dei materiali sono i nomi delle età della preistoria, come l'età della pietra, del bronzo o del ferro. L'uso di questi materiali da parte delle persone in a

Un esempio illustrativo dell'impatto e della portata dell'importanza dei materiali sono i nomi delle età della preistoria, come l'età della pietra, del bronzo o del ferro. L'uso di questi materiali da parte delle persone in una determinata epoca ha segnato una svolta nello sviluppo dell'umanità come specie.

Le proprietà uniche che condizionavano in passato l'utilizzo di determinati materiali erano e sono tuttora la durezza e la capacità di lavorarli. Inizialmente venivano utilizzati per produrre strumenti necessari alla sopravvivenza. Tuttavia, attualmente costituiscono il fondamento del mondo materiale che ci circonda, e il loro utilizzo sempre più ampio influisce sul continuo miglioramento del comfort e della qualità della nostra vita.

Nell’attuale fase di sviluppo della civiltà, la plastica può essere collocata in prima linea tra i materiali critici che, grazie alle loro proprietà plastiche uniche, si trovano nella moltitudine di oggetti che ci circondano e che usiamo quotidianamente. Un altro materiale non così ovvio per il grande pubblico ma altrettanto comune e importante quanto la plastica è il silicio. Le proprietà elettriche del silicio, ovvero la cosiddetta semiconduttività, sono la base dell'elettronica. In quest'ultimo caso, non sono più le proprietà utili alla creazione di nuovi oggetti ma gli effetti fisici interni del materiale a determinarne la funzionalità e l'ampia applicazione.

La crescente domanda di nuovi materiali con proprietà funzionali ha portato alla scoperta di numerosi fantastici effetti allo stato solido. Molti di essi sono legati al fenomeno fisico del magnetismo, che si basa sulla struttura elettronica interna di un dato materiale. Un esempio di tali proprietà funzionali è la memoria di forma magnetica e l'effetto magnetocalorico, che si verificano nelle leghe a memoria di forma magnetica (FSMA – leghe a memoria di forma ferromagnetica) e sono strettamente correlati. In entrambi gli effetti viene utilizzato il fenomeno della modifica della struttura cristallina interna sotto l'influenza del campo magnetico applicato. Nel caso dell'effetto memoria di forma magnetica, questo viene visto come un cambiamento nella forma o nel movimento del materiale. L'effetto magnetocalorico si basa su una trasformazione che avviene sotto l'influenza di un campo magnetico durante la quale una fase a bassa temperatura con un basso valore di magnetizzazione si trasforma in una fase ad alta magnetizzazione con un alto valore di magnetizzazione. La differenza nei valori di magnetizzazione delle due fasi è di cruciale importanza dal punto di vista dell'intensità dell'effetto.

I rappresentanti di spicco delle leghe a memoria di forma magnetica sono le leghe Heusler Ni2Mn1+xZ1-x, dove Z = In, Sn, Sb. Le leghe Heusler sono un'ampia classe di materiali con diverse proprietà fisiche. A seconda della loro composizione possono essere metalli, semiconduttori o semimetalli, la maggior parte dei quali magnetici.

Nell’ambito di una stretta collaborazione, i ricercatori del Centro NanoBioMedical dell’Università Adam Mickiewicz, dell’Istituto di fisica molecolare dell’Accademia polacca delle scienze di Poznań e dell’Università di Linköping (Svezia) hanno studiato l’effetto del cambiamento della composizione di Ni2Mn1+xZ1- x leghe (Z = In, Sn, Sb) sulle proprietà magnetiche della loro fase ad alta temperatura. Utilizzando metodi computazionali, gli scienziati hanno spiegato la natura positiva, negativa e non monotona dei cambiamenti nel momento magnetico osservati per queste leghe a seconda della radice sostituita da "Z". A tal fine, i ricercatori hanno sviluppato un modello di come i cambiamenti nella configurazione atomica locale influenzano il momento magnetico totale della lega. Inoltre, le conclusioni ottenute dall'uso del modello proposto sono state confermate sperimentalmente. A tal fine, gli scienziati hanno utilizzato il fenomeno dello spostamento del ciclo di isteresi nel campo magnetico, il cosiddetto effetto di "bias di scambio", che ha confermato l'esistenza di aree che contribuiscono negativamente al momento magnetico totale nella lega Ni2Mn1+xSn1-x.

L'applicazione del modello sviluppato non si limita alle leghe sopra menzionate ma consente lo studio delle proprietà fisiche, in particolare del magnetismo, in materiali di composizione non stechiometrica.