Origen de la alta coercitividad en imanes inspirados en FeNi

Por qué importan los nuevos imanes

Desde turbinas eólicas y coches eléctricos hasta teléfonos inteligentes y escáneres médicos, potentes imanes permanentes mantienen en funcionamiento la tecnología moderna. Los imanes más fuertes de hoy dependen de elementos de tierras raras, cuya extracción y procesamiento son costosos y plantean preocupaciones medioambientales y geopolíticas. Este estudio busca inspiración en la naturaleza —y en estructuras diminutas dentro de meteoritos— y plantea una pregunta sencilla: ¿podemos fabricar imanes fuertes y estables a partir de metales comunes como el hierro y el níquel, sin tierras raras, controlando cuidadosamente cómo se organiza el material?

Las rocas espaciales como pista inicial

Los meteoritos de hierro contienen un material hierro–níquel notable conocido como tetrataenita, considerado durante mucho tiempo un “imán cósmico” natural. Forma un patrón atómico ordenado que, en teoría, debería producir un magnetismo fuerte y estable. Sin embargo, en los meteoritos esta fase aparece solo como cristales extremadamente pequeños incrustados en una mezcla más compleja de otros minerales, y se forma tras millones de años de enfriamiento lento en el espacio. Reproducir esta estructura exótica en la Tierra, a escalas útiles y en un tiempo razonable, ha resultado extremadamente difícil. Aun así, algunas aleaciones hierro–níquel producidas en laboratorio ya muestran una dureza magnética sorprendentemente alta, medida por una propiedad llamada coercitividad, incluso cuando la estructura especial de tetrataenita está apenas presente —o no es claramente detectable—.

Construir hilos diminutos con ingredientes simples

Los investigadores se propusieron comprobar si la inusual fortaleza magnética observada en algunas muestras de hierro–níquel requiere realmente esa rara fase ordenada, o si en cambio podría deberse a cómo está dispuesto el material a escala nanométrica. Fundieron hierro, níquel y fósforo para formar una “aleación maestra” y luego vertieron rápidamente este fundido para obtener microhilos muy finos recubiertos de vidrio, usando distintas velocidades de enfriamiento. Experimentos de difracción de rayos X e imágenes por microscopía electrónica mostraron que los hilos resultantes contenían solo dos tipos cristalinos: una fase hierro–níquel “blanda” con una disposición cúbica simple de los átomos, y una fase fosfídica llamada escribersita. Es importante que el hierro–níquel apareciera como placas extremadamente pequeñas y planas —de apenas unos 20 nanómetros de lado— dispersas dentro de una matriz continua de escribersita.

Cómo la microestructura convierte lo blando en duro

Mediciones magnéticas a temperatura ambiente revelaron que estos microhilos nanocontrolados, formados únicamente por hierro–níquel blando incrustado en escribersita, tenían campos coercitivos del orden de 400–440 oerstedios —valores similares a los reportados para materiales que se dice contienen la fase dura tetrataenita. Un análisis detallado mostró por qué. Cada diminuta placa de hierro–níquel es más pequeña que el tamaño a partir del cual puede dividirse en regiones magnéticas separadas, por lo que se comporta como un único dominio magnético. Debido a que estas placas son delgadas y alargadas, su forma resiste fuertemente el cambio de dirección magnética; este efecto se conoce como anisotropía de forma. Al mismo tiempo, la escribersita circundante no es magnética a temperatura ambiente, por lo que actúa como un espaciador aislante: impide que las placas vecinas “se comuniquen” magnéticamente. En conjunto, este tamaño de dominio único, la forma en placa y el aislamiento magnético hacen que el material sea difícil de desimantar.

Cuando la matriz se une

El equipo exploró a continuación qué ocurre cuando la matriz circundante sí se vuelve magnética. Al enfriar los hilos por debajo de unos 190 kelvin (–83 °C), la fase escribersita se vuelve ferromagnética, permitiendo que las placas de hierro–níquel se acoplen a través de ella. En estas condiciones, la coercitividad cae bruscamente: los dominios antes aislados ahora invierten su magnetización de forma colectiva, lo que facilita mucho magnetizar y desimantar la muestra. Un conjunto separado de microhilos compuesto por hierro puro y una matriz de fosfuro de hierro ferromagnética mostró una coercitividad igualmente baja a temperatura ambiente. Estas comparaciones demuestran claramente que el carácter magnético de la matriz —si es magnéticamente “silente” o conecta activamente los granos— desempeña un papel central en fijar la dureza real del imán.

Qué significa esto para los imanes del futuro

El estudio concluye que los grandes campos coercitivos en estos microhilos Fe–Ni–P no requieren la presencia de la exótica fase tetrataenita. En su lugar, surgen principalmente de una combinación de microestructura y forma: cristales de hierro–níquel muy pequeños y en forma de placa, cada uno comportándose como un dominio único, dispersos e aislados magnéticamente en una matriz no magnética de escribersita. Cuando la matriz se vuelve magnética, la coercitividad colapsa, lo que revela que la clave de la dureza reside en cómo se disponen y separan los granos, no en alguna propiedad intrínseca especial de una fase ordenada rara. Para el diseño de futuros imanes sin tierras raras, esta idea es poderosa: al diseñar el tamaño, la forma y el espaciado de fases metálicas comunes, podría ser posible lograr un rendimiento magnético robusto usando elementos abundantes y procesos escalables.

Cita: Hernando, A., de la Presa, P., Jiménez-Rodríguez, J.A. et al. Origin of the high coercivity in FeNi inspired magnets. Sci Rep 16, 6014 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36990-5

Palabras clave: imanes sin tierras raras, aleaciones hierro-níquel, microhilos nanocristalinos, coercitividad magnética, microestructura