Una aleaci¨®n que no se deforma con el calor

El misterio de un ingrediente m¨¢gico presente en las pantallas de televisi¨®n y en los buenos relojes de pulsera ha sido resuelto por investigadores del Laboratorio Nacional de Sand¨ªa, en California. Los cient¨ªficos han logrado saber por qu¨¦ las aleaciones Invar (de invariable) no se inmutan cuando sube la temperatura. La mayor¨ªa de los materiales cuando se calientan se expanden: los ¨¢tomos se agitan con mayor energ¨ªa y se separan. A veces es conveniente tener un material que ignora los cambios de temperatura, porque en algunas situaciones la expansi¨®n t¨¦rmica puede tener graves consecuencias. Los mecanismos de los relojes son tan delicados que si el muelle se expande al calentarse en contacto con la mu?eca se puede perder las exactitud. Cuando se sueldan las grandes placas de los cascos de los superpetroleros, su tama?o disminuye a medida que se enfr¨ªan, lo que puede dar lugar a tensiones peligrosas.

N¨ªquel y hierro

Para resolver estos problemas se utiliza un material denominado Invar, una aleaci¨®n de una parte de n¨ªquel por dos partes de hierro. Ya en 1897 el f¨ªsico Charles Guillaume descubri¨® que este material tiene una expansi¨®n t¨¦rmica muy peque?a, lo que le vali¨® el premio Nobel en 1920. Aunque el Invar es parte de la vida cotidiana (tambi¨¦n est¨¢ en las m¨¢scaras de las pantallas de televisi¨®n para que no se mezclen los puntos de color), nadie entend¨ªa bien su comportamiento. Durante d¨¦cadas, los f¨ªsicos han sugerido que ten¨ªa que ver con el magnetismo. El Invar es un material magn¨¦tico en el que todos sus ¨¢tomos se comportan como diminutos imanes. Cada uno tiene su momento magn¨¦tico, con su esp¨ªn (orientaci¨®n del campo magn¨¦tico) en una direcci¨®n y sentido concretos.

En 1963, R. J. Weiss propuso que en Invar los ¨¢tomos de hierro se comportan de forma diferente a los del hierro normal. Sus espines magn¨¦ticos pueden estar todos alineados (estado ferromagn¨¦tico) o pueden tener sentidos opuestos de forma alternada, lo que es como si se cancelasen y da lugar a un menor volumen. As¨ª que, seg¨²n Weiss, la falta de expansi¨®n t¨¦rmica real se debe a que, a medida que se calienta la aleaci¨®n, el estado magn¨¦tico de menor volumen cancela la tendencia habitual de los ¨¢tomos a separarse.

Esto no explicaba toda la historia. Mark van Schilfgaarde y sus colegas de Sandia dicen en la revista Nature (1 de julio) que a baja temperatura el estado es el ferromagn¨¦tico, y que cuando aumenta la temperatura se pasa a un estado en el que existe mucho desorden en las direcciones de los espines. A medida que se calienta el material , los espines se reorientan desde el estado alineado al desordenado, que en el Invar es de menor volumen, y compensan la expansi¨®n t¨¦rmica.

? Nature News Service.