En 2011, un grupo de científicos de la Universidad de Minnesota descubrieron que el material cerámico Fe16N2 es el que tiene mayor densidad de flujo magnético de saturación de los que se conocen, lo que equivale a decir que es el imán más fuerte conocido. Su magnetismo excede el límite teórico calculado para el magnetismo que puede tener un material, más que lo imanes de aleación de neodimio y ciertas aleaciones de hierro y cobalto.
La causa última del magnetismo es la propiedad del espín de los electrones. Cada electrón, al girar, actúa como un pequeño imán cuyo campo magnético está alineado con el eje de giro. Aunque los electrones pueden girar “hacia arriba” o “hacia abajo” (son forma de hablar), el material es magnético cuando los electrones giran en la misma dirección. Eso ocurre, por ejemplo, en el hierro. También son magnéticos de forma natural el cobalto y el níquel.
En material más complejos que simples metales como el hierro, el cobalto o el níquel, la teoría de bandas puede explicar también el magnetismo. Un material puede contener varas bandas. Cada banda contiene electrones que giran en una sola dirección, y el magnetismo del material está determinado por la diferencia entre los números de cada tipo de banda. Usando toda esta base teórica los científicos han predicho que una aleación de hierro y cobalto debería ser el material más magnético que exista.
Sin embargo, físicos de materiales de Estados Unidos dirigido por Jian-Ping Wang, ha encontrado que el nuevo material cuya estequiometría es de 16 átomos de hierro y 2 de nitrógeno. Es decir, se trata del nitruro de hierro Fe16N2. Su estructura cristalina se ha podido resolver por X. Es un material metaestable que tiende a modificar su estructura cristalinas.
Las medidas han demostrado que es aproximadamente un 18% más magnético que el límite previsto. La magnetización se midió por dicroísmo circular magnético de rayos X, técnica que detecta la existencia de electrones localizados. Al parecer, los electrones fluyen en el interior de este material como lo hacen en el hierro ordinario, pero también hay electrones localizados dentro de ciertos clústeres que se identifican en la estructura cristalina, y esto aumenta su magnetismo.
La primera aplicación que se concibió para este nuevo material cuando se descubrió en 2011 es en la fabricación de cabezales magnéticos más pequeños para ordenadores.
Otros nitruros de hierro
No es el único nitruro de hierro que se conoce. Otros que son relativamente estables en condiciones ambientales son el Fe2N, el Fe3N4, el Fe4N y el Fe7N3. Todos son sólidos metálicos cristalinos. En general, los metales de transición de los grupos 7 y 8 forman nitruros que se descomponen a temperaturas relativamente bajas, y así ocurre con estos. Por ejemplo, el Fe2N se descompone perdiendo nitrógeno molecular a alrededor de 400 °C formando otros nitruros de hierro con menor contenido de nitrógeno. Parece ser que a muy altas presiones son estables otros nitruros de hierro con más contenido de nitrógeno como FeN, FeN2 y FeN4 (serían termodinámicamente estables a partir de 17,7 GPa, 72 GPa y 106 GPa, respectivamente).
(Fuente: Phys. org)
