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Friday, January 11, 2019

Weekly Tip INAMAT: Materiales y Curiosidades

Por Iñaki Pérez de Landazábal

El agua transforma entre una fase de alta temperatura (agua líquida)  y una fase de baja temperatura (hielo) y lo hace en condiciones normales a 0 ºC. Cuando aumentamos la presión la temperatura de transformación se reduce. Esto hace posible que un patinador deslice sobre hielo por ejemplo; la presión del filo del patín sobre el hielo lo transforma en agua lo que le permite deslizarse.  Dicho de otra forma si aumentamos la presión sobre una cantidad de agua podemos mantener esta en estado líquido a -10 ºC, por ejemplo. Algo parecido sucede las Aleaciones con Memoria de Forma Metamagnéticas (AMFM) sólo que en un tipo de transformación muy peculiar y el efecto se produce aplicando un campo magnético en vez de presión. Estas aleaciones también trasforman entre una fase de alta temperatura (austenita) y una fase de baja temperatura (martensita) y lo hacen a temperaturas características de cada aleación. Al igual que en agua con la presión, en este caso podemos aplicar un campo magnético que nos permite enfriar la fase austenita por debajo de su temperatura de equilibrio, hasta -263 ºC por ejemplo. Ahora bien, si eliminamos la presión que ejercemos sobre el agua cuando está a -10 ºC, esta instantáneamente se congela. Esto no sucede en el caso de las AMFM; al quitar el campo magnético a -263 ºC; sólo parte transforma a la fase de baja temperatura, la mayor parte se queda en forma de austenita. En la analogía con el agua es como si al quitar la presión esta se mantuviera en estado líquido a -10 ºC (estados metaestables sí se consiguen pero cualquier perturbación externa hace que automáticamente el agua se congele). Y además, la austenita sólo transforma a la fase de baja temperatura si se le aplica calor.  O dicho en analogía acuática, el agua líquida retenida sólo se transforma en hielo si la calienta. Esto contradice toda intuición…

El comportamiento observado tiene que ver con las energías y las entropías implicadas en las transformaciones. En estas aleaciones la fase martensitica es muy débil magnéticamente comparada con la fase austenita de alta temperatura. Al retener la fase austenita lo hacemos con un orden magnético muy grande lo que la estabiliza a bajas temperaturas. Para inducir la transformación a la fase estable, tenemos que romper ese orden magnético y eso lo podemos hacer dándole calor. Es la entropía magnética la que controla el proceso. Cuando se estudia los materiales y se intenta entender la física que existe debajo de su comportamiento, siempre, aun en los casos más clásicos y estudiados, la materia sorprende. Que exista un imán a temperatura ambiente es una prueba del comportamiento cuántico del mundo, no hay que ir a condiciones muy complicadas para visualizarlo. Por no hablar de las dimensiones, hagamos las cosas a escala nanométrica y la misma física aporta soluciones diferentes.



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