¿Qué es la anisotropía magnética?

La anisotropía magnética significa que un material tiene una dirección preferida para sus momentos magnéticos cuando se le aplica un campo magnético. En términos más simples, significa que la orientación de un material afecta cómo se comporta magnéticamente. Algunos materiales desean magnetizarse más en una dirección que en otras. A eso le llamamos el eje “fácil”. No desean magnetizarse en otras direcciones.

Causas de la anisotropía magnética

Hay un par de cosas que causan la anisotropía magnética.

1. Estructura cristalina: La simetría de la red cristalina de un material puede crear un eje fácil. Los materiales cúbicos suelen querer orientar su magnetización a lo largo de la diagonal del cuerpo. Los materiales no cúbicos quieren orientar su magnetización a lo largo de ciertos ejes cristalinos. A esto le llamamos anisotropía magnetocristalina. Esta es la única causa intrínseca de la anisotropía porque proviene de la estructura del material.
2. Anisotropía por forma: Cuando tienes objetos no esféricos como películas delgadas o partículas pequeñas, puedes obtener anisotropía debido a efectos de superficie o borde. La forma del material afecta cómo responde a un campo magnético externo. Los campos de desmagnetización son diferentes dependiendo de la dirección en que se midan.
3. Acoplamiento espín-órbita: La interacción entre el espín de los electrones y el movimiento de los electrones alrededor del núcleo puede hacer que la magnetización quiera apuntar en una cierta dirección.
4. Anisotropía magnetoelástica: Si aplicas una tensión o deformación mecánica a un material, puedes cambiar cómo se comporta magnéticamente.
5. Anisotropía por intercambio:Esto tiene que ver con las interacciones entre los momentos magnéticos en los materiales. Cuando tienes materiales ferromagnéticos y antiferromagnéticos acoplados, la capa antiferromagnética puede afectar la forma en que se comporta la magnetización en la capa ferromagnética.
6. Dopaje e impurezas: Puedes introducir intencionadamente impurezas o defectos en un material para cambiar su estructura electrónica, lo cual puede afectar cómo se comporta magnéticamente y su anisotropía.
7. Tensión: Cuando deformes mecánicamente un material, distorsionas la simetría de su estructura cristalina. Esta distorsión puede cambiar la ubicación del eje fácil y cómo se comporta magnéticamente.

Tipos de anisotropía magnética

Existen algunos tipos diferentes de anisotropía magnética.

1. Anisotropía cristalina:Este es el momento en que la simetría del cristal del material determina dónde está el eje fácil. Puedes verlo en materiales cúbicos y no cúbicos.
2. Anisotropía por forma: Esto ocurre cuando la forma del material determina dónde está el eje fácil. Lo ves en películas delgadas y nanopartículas.
3. Magnetostricción: Esto sucede cuando el magnetismo del material interactúa con la estructura de la red, y el material se expande o contrae cuando aplicas un campo magnético.
4. Anisotropía del campo magnético: Esto ocurre cuando el material tiene una alta susceptibilidad magnética, y el campo magnético externo interactúa con los momentos magnéticos en el material de manera diferente dependiendo de la dirección en que apunte el campo.

Anisotropía en materiales magnéticos duros y blandos

Materiales magnéticos duros: Estos materiales, como imanes de neodimio, tienen una alta anisotropía magnética, por lo que son resistentes a la desmagnetización. Utilizamos sus fuertes propiedades magnéticas direccionales en aplicaciones como motores y generadores.

Materiales magnéticos blandos: Menos comúnmente, los materiales magnéticos blandos también pueden ser anisotrópicos debido a factores estructurales internos o métodos de procesamiento externos. Ejemplos incluyen aceros eléctricos orientados a granos utilizados en transformadores.

Lograr una mejor anisotropía magnética

Los fabricantes pueden mejorar la anisotropía magnética controlando cuidadosamente varios factores durante la producción:

Selección de Materiales: La elección del material base, como el neodimio en imanes de alto rendimiento, es clave para obtener propiedades magnéticas fuertes.

Técnicas de orientación y procesamiento: Cuando fabricamos el imán, alineamos los momentos magnéticos usando procesos como prensado en caliente o prensado isostático. Esto nos ayuda a fabricar imanes con mejores propiedades anisotrópicas.

Tamaño y forma de los granos: Tenemos un buen control sobre el tamaño y la forma de los granos del material para asegurarnos de que tenga propiedades magnéticas consistentes.

Contenido de oxígeno: Reducimos la cantidad de oxígeno durante la producción para que el material fluya mejor y mantener la anisotropía.

Presión perpendicular bajo un campo magnético: Alineamos los momentos magnéticos cuando presionamos el material durante la producción. Así es como conseguimos la anisotropía en el producto final.

Imanes anisotrópicos vs. isotrópicos

Imanes anisotrópicos: Estos imanes tienen propiedades magnéticas que dependen de la dirección. Por ejemplo, fabricamos imanes de neodimio sinterizados cuyos granos están alineados durante la fabricación. Esto les proporciona un rendimiento magnético fuerte en una dirección preferida.

Imanes isotrópicos: En contraste, los imanes isotrópicos como los imanes de neodimio unidos no tienen una dirección preferida para la magnetización. Tienen propiedades magnéticas similares en todas las direcciones. Esto permite moldearlos y magnetizarlos en diferentes orientaciones. Generalmente son más débiles que los imanes anisotrópicos.

Aplicaciones de los imanes anisotrópicos

Los imanes anisotrópicos tienen muchos usos en diferentes industrias porque poseen una mayor fuerza magnética y direccionalidad. Aquí algunos ejemplos:

1. Sensores: Utilizamos imanes anisotrópicos, como los imanes de samario-cobalto, en sensores que convierten campos magnéticos en señales eléctricas. Encontrarás estos sensores en sistemas automotrices y aeroespaciales.
2. Generadores: Utilizamos el campo magnético creado por imanes anisotrópicos para fabricar generadores. Por ejemplo, los imanes en aerogeneradores son anisotrópicos.
3. Refrigeración: Las investigaciones están explorando el uso de imanes en sistemas de refrigeración. Por ejemplo, el MIT está trabajando en el uso de imanes como refrigerante potencial.
4. Resonancia Magnética Nuclear (RMN): Utilizamos imanes anisotrópicos para fabricar espectrómetros de RMN. Estas máquinas nos permiten estudiar las propiedades físicas y químicas de los materiales.
5. Aplicaciones médicas: Los imanes anisotrópicos son estables a altas temperaturas, por lo que se usan en dispositivos médicos y implantes esterilizables.

Conocer la anisotropía magnética te ayuda a usar los imanes de la mejor manera en tu aplicación específica. Los imanes anisotrópicos tienen una dirección, lo cual es muy importante. Por eso se usan en tantas industrias diferentes, desde energía hasta salud. Los imanes isotrópicos te ofrecen más flexibilidad en el diseño, pero no son tan fuertes. Si quieres aprender más sobre materiales magnéticos y cómo pueden ayudarte, ponte en contacto con nosotros en cualquier momento.

Anisotropía Magnética. Fuente de la Imagen: Wikipedia