Ha sido diseñado un nuevo compuesto 2D (bidimensional) que se basa en el gadolinio (Gd), el cual es un elemento químico que tiene la capacidad de generar un efecto magnetocalórico. El nuevo compuesto tiene un especial interés en el ámbito del magnetismo molecular y en el diseño de dispositivos con aplicaciones tecnológicas en la nanoescala.
El nuevo compuesto 2D ha sido diseñado por un equipo liderado por el Laboratorio de Nanociencia Molecular de la Facultad de Química de la Universidad de Barcelona (UB).
El trabajo lo ha dirigido la profesora Carolina Sañudo, de la Facultad de Química y el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la UB (IN2UB), e incluye gran parte de la investigación llevada a cabo por Subodh Kumar, estudiante del máster en Nanociencias de la UB, y el doctorando Guillem Gabarró, ambos coautores del estudio.
En el trabajo, en el que destaca la participación de la investigadora Elena Bartolomé, del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB), dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España, también participan equipos del Instituto de Química Teórica y Computacional de la UB (IQTCUB), el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA / CSIC / UNIZAR) en España, el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético (National High Magnetic Field Laboratory), Estados Unidos) y la Universidad de Oxford (Reino Unido).
Refrigerantes magnéticos en la nanoescala
Los materiales bidimensionales (2D) son compuestos que aportan un rendimiento excepcional para diseñar heteroestructuras —la unión de diversos materiales con diferentes propiedades— o para dispositivos multifuncionales. Concretamente, el nuevo compuesto se basa en el gadolinio (Gd), un elemento químico del grupo de las tierras raras que tiene siete electrones desparejados y puede actuar como refrigerante magnético.
En el estudio, el equipo del Laboratorio de Nanociencia Molecular de la UB ha preparado un compuesto 2D de Gd(III). Este compuesto se presenta en forma de material masivo de tipo red reticular de cationes metálicos y ligandos orgánicos (armazón organometálico o MOF por sus siglas en inglés). Una particularidad de los compuestos de Gd(III) es que son activos en temperaturas extremadamente bajas.
«Este MOF es especial, ya que es bidimensional. Los MOFs 2D son equivalentes metaloorgánicos al grafeno y, como este compuesto, se pueden exfoliar en monocapas o en agregados de pocas monocapas en la escala nanométrica», detalla Carolina Sañudo, profesora del Departamento de Química Inorgánica y Orgánica de la UB.
En este compuesto, cada ion Gd(III) se comporta como si fuera una molécula imán (single molecule magnet, SMM). Como es un compuesto reticular 2D, cada monocapa es una retícula ordenada de SMMs. Además, presenta una alta entropía magnética y un efecto magnetocalórico (MCE) por el hecho de contener Gd(III).
«El estudio de estos materiales magnéticos multifuncionales implica una tarea multidisciplinar donde la caracterización de los materiales mediante diversas técnicas, como la magnetometría dc/ac, la calorimetría, la luminiscencia y el dicroísmo circular magnético de rayos X, es crucial», destaca Elena Bartolomé, investigadora titular del ICMAB-CSIC.
En el estudio, el equipo ha logrado el crecimiento de nanocristales del compuesto en una superficie de silicio semiconductora, un paso decisivo para poder usar materiales moleculares en dispositivos para aplicaciones tecnológicas.
Las conclusiones del nuevo estudio indican que es posible utilizar los compuestos de gadolinio para el enfriamiento magnético en dispositivos. «No solo hemos podido nanoestructurar el material sobre un semiconductor, sino que hemos demostrado que el efecto magnetocalórico se mantiene en la nanoescala, y el nuevo compuesto puede funcionar como refrigerante magnético en superficie», apunta la investigadora Carolina Sañudo.
