22/10/2014 - Investigadores del ICMA revolucionan las técnicas de enfriamiento en aparatos de resonancia magnética, satélites o licuadores de hidrógeno y gas natural

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Un equipo internacional de investigadores con científicos del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón  (ICMA, centro mixto del CSIC y la Universidad de Zaragoza) logra por primera vez enfriar por debajo de -272,15 grados Celsius (justo por encima del cero absoluto que es -273,15ºC) utilizando moléculas magnéticas.

El hallazgo acaba de publicarse la prestigiosa revista “Nature Communications” y  revolucionará las técnicas de enfriamiento empleadas en aparatos de resonancia magnética, satélites o licuadores de hidrógeno y gas natural (imprescindible para su transporte) entre otras muchas utilidades, reduciendo además notablemente su coste.

Para este trabajo, los científicos de Zaragoza han desarrollado una innovadora y eficaz técnica de “enfriamiento sub-kelvin”, basada en el uso de la molécula-imán Gd7, que tiene un magnetismo que triplica al del hierro, una estructura parecida a la de un copo de nieve y unas peculiaridades en su comportamiento que hacen doblar la eficiencia de los métodos utilizados hasta ahora basados en el isótopo Helio-3..

Sin embargo, el gas refrigerante Helio-3 no existe en la naturaleza, se produce artificialmente en reactores nucleares y en 2012 rondaba los 5.000 € por gramo. Se calcula que en todo el mundo solo hay unos 30 kilos y quien tiene Helio-3 no lo vende, por lo que se podría decir que no hay mercado.  Además, al ser un gas termina por fugarse a la atmósfera siendo imposible recuperarlo.

Un gramo de Gd7 producido en laboratorio no cuesta más de 100 euros, se puede sintetizar en grandes cantidades e incluso el precio bajaría mucho si se generase de forma industrial.  Es un sólido que no se pierde ni se estropea y su eficiencia es el doble que la del gas: para conseguir la misma refrigeración se gasta la mitad de energía.  Incluso duplica la eficiencia de los sistemas y prototipos actuales de enfriamiento magnético a bajas temperaturas que utilizan otros materiales conocidos hace ya 20 años.

El profesor Palacios y el doctor Evangelisti han desarrollado en los laboratorios de bajas temperaturas del ICMA, centro mixto del CSIC y la Universidad de Zaragoza, un sistema original de medida que permite observar de modo directo, y verificar experimentalmente, las propiedades refrigerantes del Gd7.  Una técnica novedosa que consigue mayor precisión que las medidas magneto-térmicas convencionales, que se limitan a estimaciones indirectas.

El profesor McInnes y su grupo de investigación de la Universidad de Manchester, coautores del trabajo, fueron quienes lograron sintetizar la compleja molécula que denominan “Gd7” por simplificar.  Las simulaciones por ordenador del grupo del profesor Schnack, de la Universidad alemana de Bielefeld y también coautor, muestran que la disminución gradual del campo magnético aplicado hace que esta molécula primero se enfríe, a continuación se caliente y finalmente vuelva a enfriarse hasta alcanzar una temperatura mínima, muy cercana al cero absoluto en la escala Kelvin.  Este comportamiento complejo difiere y mejora el rendimiento del Helio-3 y ha sido verificado experimentalmente en el ICMA de Zaragoza. 

Más información:

“Quantum signatures of a molecular nanomagnet in direct magnetocaloric measurements”, Joseph W. Sharples, David Collison, Eric J.L. McInnes, Jürgen Schnack, Elias Palacios, Marco Evangelisti, Nature Communications.

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Prensa UNIZAR

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