Rachel Nickel, estudiante de doctorado del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Maryland, está explorando el uso de nanopartículas en la aplicación de imanes.
Nickel comenzó a trabajar en aplicaciones biomédicas después de completar sus estudios universitarios. Durante esta fase, me centré en el uso de nanopartículas magnéticas para combatir las biopelículas, que son matrices de microorganismos que se forman en las superficies.
Con el tiempo, Nickel cambió su enfoque hacia un estudio más profundo de una nanopartícula magnética específica llamada óxido de hierro épsilon.
«Siempre supe que amaba los imanes», dijo.
«Realmente me enamoré de lo emocionante y potencial que es este material».
A diferencia del óxido común, el óxido de hierro épsilon exhibe una «estructura frustrada», donde la disposición de los átomos adquiere un patrón más retorcido y menos regular.
Esta complejidad estructural da lugar a propiedades interesantes, lo que convierte al óxido de hierro épsilon en un candidato interesante para diversas aplicaciones.
Una característica notable del óxido de hierro épsilon es que es magnéticamente rígido, lo que significa que cuando se magnetiza, los campos magnéticos dentro del material resisten fuertemente los cambios en su alineación.
«Supongamos que todas las pequeñas agujas de la brújula en la plancha apuntan en la misma dirección y quieren permanecer en la misma dirección», explicó Nickel. «Es muy difícil girar y girar».
Esta propiedad es particularmente útil para el desarrollo de imanes permanentes, que son componentes esenciales en muchos dispositivos como motores, amplificadores o discos duros.
La importancia del óxido de hierro épsilon queda clara al considerar la dependencia actual de los imanes permanentes de tierras raras, como los imanes de neodimio, que son los imanes permanentes más potentes disponibles comercialmente.
Nickel explicó que estos imanes suelen extraerse y muchas veces proceden de zonas en conflicto. Señaló que Canadá, por otra parte, tiene abundantes recursos de hierro.
«Proporciona una alternativa realmente interesante a lo que utilizamos actualmente para los imanes permanentes», dijo Nickel.
En agosto, Nickel y su equipo publicaron un artículo en la revista Nano Letters sobre el óxido de hierro épsilon.
Esta sustancia, que sólo se ha estudiado en las últimas dos décadas, se produce exclusivamente en la nanoescala. En lugar de grandes cantidades, el óxido de hierro épsilon existe en forma de nanopartículas.
“Pueden caber alrededor de mil de ellos del ancho de un cabello”, dijo Nickel.
El tamaño de estas nanopartículas afecta a su comportamiento y propiedades. La investigación sobre el níquel se centró en estudiar cómo cambian las propiedades del óxido de hierro épsilon en función del tamaño utilizando tres tamaños de partículas diferentes.
«La dependencia del tamaño es algo que debemos comprender para poder utilizar este material en el futuro», afirmó.
Para llevar a cabo su investigación, Nickel recopiló sus mediciones utilizando una variedad de instalaciones y equipos de investigación avanzada en la Universidad de Minnesota, incluido el Instituto de Materiales de Manitoba, que proporcionó un microscopio electrónico de transmisión para observar moléculas pequeñas.
Su conjunto final de mediciones se recopiló en la Instalación de Fuente de Fotones Avanzada en colaboración con la Instalación de Fuente de Luz Canadiense utilizando un sincrotrón, un dispositivo que acelera partículas cargadas, como electrones, para generar rayos X de alta intensidad.
En última instancia, estas herramientas permitieron a Nickel conocer mejor la estructura del óxido de hierro épsilon.
«Todas estas mediciones juntas ofrecen una imagen completa de cómo cambian las cosas en función del tamaño», dijo.
De cara al futuro, una dirección prometedora para la investigación del níquel reside en aprovechar el óxido de hierro épsilon para aplicaciones tecnológicas y magnéticas. El atractivo del óxido de hierro épsilon radica no solo en su capacidad para usarse como imán permanente, sino también en sus comportamientos electrónicos, incluida su frecuencia de resonancia, que puede tener un impacto importante en los sistemas avanzados de comunicaciones inalámbricas.
Si bien este viaje puede estar en sus etapas iniciales, Nickel cree que las propiedades distintivas del óxido de hierro épsilon lo convierten en un candidato interesante para satisfacer la creciente demanda de imanes y materiales magnéticos en diversos campos.
«Es algo que realmente podemos analizar», dijo.
«Solucionador de problemas. Gurú de los zombis. Entusiasta de Internet. Defensor de los viajes sin disculpas. Organizador. Lector. Aficionado al alcohol».