Entender a Mecânica Quântica de Ímãs de Terras Raras para Produzir Materiais mais Sustentáveis

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março 4, 2024

A maior parte das pessoas só conhece os ímãs usados para colar recados e enfeites na porta da geladeira, mas eles fazem parte do funcionamento de dispositivos que se tornaram essenciais, como motores e aparelhos eletrônicos. Os ímãs permanentes, por exemplo, são capazes de armazenar informação para guardar memória em CDs e discos rígidos, além de melhorar a potência elétrica em geradores de energia e baterias, mas a produção desse material causa impactos ambientais devido à dificuldade de extração do elemento químico. Para contornar o custo, os impactos e a escassez é necessário entender as propriedades magnéticas a partir do conhecimento da interação entre elétrons no nível quântico. Esse estudo foi feito por pesquisadores do Instituto de Física (IF) da USP, com colaboração internacional, que identificaram abordagens teóricas e realizaram experimentos para descrição dos ímãs permanentes, o que, mais para a frente, pode auxiliar em pesquisas para desenvolvimento de materiais mais sustentáveis.

Diferente dos demais ímãs artificiais, o ímã permanente adquire suas propriedades através da interação de seus spins (propriedade quântica) com um campo magnético e, ao remover esse campo, o material mantém uma magnetização residual que caracteriza o ímã permanente. Do ponto de vista tecnológico, a capacidade de manter a imantação mesmo após a remoção do campo magnético é importante porque significa que os ímãs permanentes conseguem guardar informação, por isso eles são usados em eletrônicos.

Os permanentes mais fortes são compostos de elementos presentes em terras raras — conjunto de elementos químicos, normalmente encontrados na natureza misturados a minérios —, como o neodímio e o samário, materiais de difícil extração e manipulação, com altos custos e grande impacto ambiental. Por causa dessas dificuldades, é necessário um uso eficiente das terras raras na produção de uma nova geração de ímãs permanentes que alcancem uma funcionalidade tecnológica mais diversificada a um menor custo e impacto ambiental.

“É importante, no interesse da física, entender como os elétrons participam dentro da mecânica quântica e como a mecânica quântica explica o magnetismo, e, por outro lado, estudar a aplicação de como novos elementos de terras raras poderiam dar novas alternativas de produzir ímãs permanentes com menor custo e impacto ambiental”, diz Julio Larrea, professor do IF e coordenador do Laboratório de Materiais Quânticos em Condições Extremas (LQMEC). O pesquisador destaca que esse tipo de estudo tem interesse particular para o Brasil, o terceiro país com maior reserva de terras raras, mas que não explora essa riqueza devido ao custo das tecnologias de extração.

Para saber mais, inclusive sobre essas técnicas que buscam ser mais sustentáveis, acesse: https://jornal.usp.br/ciencias/entender-a-mecanica-quantica-de-imas-de-terras-raras-e-necessario-para-produzir-materiais-mais-sustentaveis/

Imagem de Wikimedia Commons