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Las propiedades magnéticas bien marcadas se asocian siempre con los electrones de las envolturas internas incompletas que mantienen un carácter comparativamente localizado y atómico en el estado sólido – a diferencia de los electrones de conducción deslocalizados que se convierten en una propiedad del sólido en su conjunto. Sin embargo, no existe una división absolutamente clara entre situaciones localizadas y no localizadas. El mejor ejemplo de la situación bien localizada lo proporcionan las capas incompletas de electrones f de los metales de tierras raras. En el gadolinio, los 7 electrones f por átomo no juegan ningún papel en el enlace y los electrones f de los átomos vecinos en el metal sólo son «conscientes unos de otros» debido al acoplamiento indirecto a través de los tres electrones de conducción por átomo que pueden, por así decirlo, decirle a un átomo la orientación del momento magnético proporcionado por los electrones f de otro átomo.

Las capas de electrones 3d de los primeros metales del grupo de transición (especialmente el manganeso, el hierro, el cobalto y el níquel) no están tan bien localizadas como los electrones f de las tierras raras, y en los metales puros existen ciertamente fuertes interacciones directas entre los electrones d de los átomos vecinos. (Todavía no sabemos si estas interacciones directas o las indirectas a través de los electrones de conducción son dominantes a la hora de proporcionar el ferromagnetismo del hierro, el cobalto y el níquel). Los electrones d se vuelven algo más localizados al pasar a lo largo de una serie de transición (Ti→Ni) pero apreciablemente menos localizados al pasar de la primera a la segunda a la tercera serie de transición (Co →-Rh→-Ir), y las interacciones magnéticas fuertes están ausentes en el osmio, el iridio y el platino porque los electrones 5d de los átomos vecinos se comportan más como electrones de conducción que como localizados. El paladio, al final de la segunda serie de transición, es casi un material magnéticamente ordenado, y pequeñas cantidades de hierro en solución sólida producen un momento ferromagnético que no es proporcionado en su totalidad por los átomos de hierro.

Se producen efectos aún más fuertes cuando se añaden pequeñas cantidades de hierro a aquellas aleaciones de paladio y rodio (~5 por ciento de rodio) donde el trabajo de F. E. Hoare y otros en la Universidad de Leeds han demostrado que las condiciones requeridas para el ferromagnetismo están muy cerca de satisfacerse.

Recientemente se ha llevado a cabo una gran cantidad de trabajo sobre aleaciones diluidas de metales de transición de la serie 3d disueltos en paladio o platino, gran parte de ellos en los Laboratorios Bell Telephone. Los resultados se han comparado con el comportamiento magnético de las soluciones de hierro en los miembros anteriores de la serie 4d, donde el hierro no siempre lleva un momento magnético. En el niobio, donde la densidad electrónica de estados es alta, los átomos de hierro disueltos no tienen momento; pero la alta densidad de estados en el platino y el paladio no impide la aparición de un momento en los átomos de hierro, presumiblemente debido al carácter más localizado de los electrones d del disolvente.

Si el manganeso, el hierro o el cobalto se disuelven en un metal de no transición (por ejemplo, el oro) los electrones d no tienen electrones d vecinos con los que interactuar y se vuelven más localizados -es decir, más parecidos a los electrones f o a los metales de las tierras raras- y hay interesantes semejanzas entre las aleaciones lantano-gadolinio* y las aleaciones oro-hierro o cobre-manganeso, ya que en las tres las únicas interacciones magnéticas son a través de los electrones de conducción. Desde este punto de vista, el platino, el iridio y el rodio pueden considerarse como simples disolventes «no magnéticos» para el hierro, pero el paladio ofrece ciertamente una situación diferente y más complicada. Trabajos recientes del presente autor han revelado efectos sorprendentes en la resistencia eléctrica a baja temperatura de soluciones diluidas de hierro en paladio, platino, rodio e iridio. Estos parecen estar relacionados, pero son mucho más fuertes que las conocidas anomalías en la resistencia eléctrica mostradas por las mencionadas aleaciones de oro-hierro y cobre-manganeso.

En aleaciones más concentradas de los metales del grupo del hierro, las interacciones de los átomos vecinos se vuelven importantes, y a veces se pueden producir efectos sorprendentes por transiciones de estructuras desordenadas a estructuras ordenadas. FeAl y Au3Mn proporcionan ejemplos de esto, pero por razones metalúrgicas, como los factores de tamaño, las soluciones sólidas más extensas en las que es posible el ordenamiento se encuentran en aleaciones con metales de platino. Un ejemplo llamativo es la aleación Pt3Fe, que si está perfectamente ordenada (sin vecinos más cercanos Fe-Fe) es antiferromagnética; pero unos pocos átomos de hierro adicionales que ocupan sitios de platino convierten gran parte del material vecino a un estado ferromagnético (1).

Las aleaciones de hierro y rodio

Una serie de trabajos presentados en la Octava Conferencia sobre Magnetismo y Materiales Magnéticos, celebrada recientemente en Pittsburgh, trataron varios aspectos de las propiedades magnéticas de los metales de platino y sus aleaciones que pueden discutirse en relación con los puntos expuestos anteriormente.

El sorprendente cambio con la temperatura en las propiedades magnéticas de las aleaciones de hierro y rodio que contienen porcentajes atómicos iguales de cada elemento se conoce desde hace tiempo, y en enero del año pasado se publicó en esta revista una breve reseña de los datos disponibles hasta hace aproximadamente un año (2). Esta aleación ordenada de tipo CsCl cambia de antiferromagnética a ferromagnética a ~360°K en campo externo cero, pero a ~220°K en un campo de 120.000 gauss.

Ahora Flippen y Darnell de du Pont (3) han discutido la termodinámica de esta dependencia del campo; mientras que Shirane, Chen y Flinn de Westinghouse, junto con Nathans de Brookhaven (4) han publicado los resultados de los estudios Mossbauer del campo magnético visto por el núcleo de un átomo de hierro y las diferencias para los átomos de hierro en posiciones «correctas» e «incorrectas».

Kouvel y sus colaboradores del laboratorio de Schenectady de General Electric, que realizaron estudios de transformación de la aleación de hierro y sodio, han pasado a investigar la posibilidad de encontrar un comportamiento análogo en su isomorfo MnRh (5).

Hay una transformación martensítica (con histéresis) desde una estructura CsCl ordenada a alta temperatura a una estructura CuAu a baja temperatura. La forma de alta temperatura es paramagnética (probablemente se convertiría en antiferromagnética a bajas temperaturas) y la forma de baja temperatura es fuertemente antiferromagnética. Por lo tanto, el cambio produce un cambio en la densidad y la resistencia, pero éstos no son bruscos, ya que parece haber un rango bastante amplio entre el inicio y el final de la transformación en martensita. A este respecto, probablemente sería interesante un estudio del comportamiento de las fases relacionadas FeRh, Mnlr, MnNi y los efectos de las sustituciones en éstas de otros metales de transición.

Las aleaciones de platino

Las aleaciones de platino con pequeñas cantidades de manganeso, hierro, cobalto y níquel fueron descritas por Bozorth, Davis y Wernick de los Laboratorios Bell a la Conferencia Internacional sobre Magnetismo en 1961 y fueron comparadas con aleaciones similares basadas en el paladio (6).

Para las aleaciones de platino los efectos son mucho más débiles (la temperatura de Curie más alta para una aleación de 1 por ciento (Co o Fe) es ~I7°K en comparación con 80°K para Pd-Co 1 por ciento y el tamaño del momento magnético producido en los átomos de platino es mucho menor que el producido en los átomos de paladio. Está claro que incluso si los electrones d del hierro pueden considerarse como localizados cuando se disuelve en el platino (como los electrones f del gadolinio cuando se disuelve en el lantano) la fuerza de la interacción entre ellos (la interacción indirecta a través de los electrones de conducción) es mucho más fuerte que en los disolventes sin transición porque los electrones de conducción en el platino tienen mucho carácter d ellos mismos.

En otro trabajo de la Conferencia de Pittsburgh, Pickart y Nathans (7) han informado sobre estudios de difracción de neutrones en aleaciones de manganeso-platino y cromo-platino. Ambas tienen la estructura Cu3Au y parece haber algún momento magnético en los átomos de platino, pero en Pt3Cr éste se encuentra en la dirección opuesta al momento diez veces mayor de los átomos de cromo.

Las aleaciones de hierro-paladio y gadolinio-paladio

Las aleaciones de hierro-paladio con pequeñas cantidades de hierro también han sido estudiadas por difracción de neutrones por Cable y sus colegas en Oak Ridge (8). Se ha encontrado que el momento magnético en los átomos de hierro es equivalente a 3,0 espines de electrones (en comparación con 2,22 en el hierro puro). Hay un momento de 0,15 unidades en los átomos de paladio en la aleación del 3% de hierro. Esto se ha calculado asumiendo que todos los átomos de paladio tienen momentos similares. Sin embargo, hay otras evidencias que sugieren que para aleaciones muy diluidas hasta el 1 por ciento de hierro sólo los átomos de paladio junto a un átomo de hierro tienen un momento y que éste es de ~0,5 unidades.

Las aleaciones de gadolinio-paladio con pequeñas cantidades de gadolinio han sido estudiadas ampliamente por trabajadores de los Laboratorios Bell, utilizando las técnicas de resonancia paramagnética de electrones. El campo magnético para esta resonancia es significativamente diferente al del gadolinio en aleaciones con metales que no son de transición, de modo que aunque las propiedades magnéticas están dominadas por los 7 electrones 4f localizados del gadolinio, el carácter casi magnético del paladio modifica ligeramente las cosas, aunque con menos fuerza que en el paladio-hierro. Esto se ha demostrado ahora (9) añadiendo hidrógeno al paladio que contiene gadolinio y llenando así con electrones adicionales los estados de electrones d del paladio. El efecto es hacer que el gadolinio se comporte como lo hace en situaciones no metálicas o en solución en metales simples. El mismo efecto se produce, por cierto, al añadir plata al paladio que contiene gadolinio. (Con los metales osmio y rutenio el gadolinio forma compuestos intermetálicos débilmente ferromagnéticos GdOs2 y GdRu2, pero la similitud de propiedades con el GdAl2 sugiere que el carácter de metal de transición del osmio y rutenio es menos importante que el del paladio en las aleaciones mencionadas).

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