A mesura que augmenta la demanda de solucions energètiques sostenibles, la refrigeració en estat sòlid emergeix com una alternativa prometedora als sistemes tradicionals basats en la compressió de gasos d’efecte hivernacle. Aquest tipus de refrigeració es basa en la resposta termodinàmica de certs materials davant de camps externs o forces mecàniques, induint variacions en l’entropia i la temperatura adiabàtica. Un dels mecanismes més rellevants és l’efecte barocalòric (BCE, per les seves sigles en anglès), mitjançant el qual els materials poden absorbir o alliberar calor de manera reversible en sotmetre’s a canvis de pressió.

Els compostos amb transició de espín (SCO), especialment els basats en Fe(II), tenen un gran potencial per a la refrigeració barocalòrica. Aquests materials poden alternar entre estats electrònics de baix i alt espín en resposta a estímuls externs. Aquest procés comporta canvis estructurals i electrònics abruptes, que sovint van acompanyats d’histèresi tèrmica — una diferència de temperatura entre les transicions directa i inversa. Per a aplicacions pràctiques, és preferible una histèresi estreta, ja que permet un funcionament reversible i eficient prop d’una temperatura de treball definida. La combinació de sensibilitat a la pressió, grans canvis d’entropia i una histèresi ajustable fa que els materials SCO siguin especialment atractius per a la refrigeració en estat sòlid, i per tant una bona alternativa als sistemes convencionals basats en la compressió de gasos.

Tot i que s’ha predit l’existència d’efectes tèrmics intensos induïts per pressió en diversos sistemes SCO, només alguns han estat caracteritzats experimentalment mitjançant calorimetria d’alta pressió i difracció de raigs X. Aquest estudi se centra en [Fe(pap-5NO₂)₂], un material molecular que exhibeix una transició de espín abrupta i cooperativa prop de la temperatura ambient. La seva sensibilitat estructural a la pressió permet un intercanvi de calor efectiu, amb avantatges addicionals com l’estabilitat al ciclat i un rendiment comparable als millors materials barocalòrics inorgànics.

Per investigar les propietats del material, l'equip científic va combinar difracció de pols de raigs X basada en sincrotró amb calorimetria d’alta pressió. Les mesures es van dur a terme a la línia de llum de Ciència de Materials i Difracció de Pols (MSPD) del Sincrotró ALBA. Es van recollir patrons de difracció d’alta resolució sota pressions isotèrmiques variables, permetent a l’equip monitorar en temps real com evolucionava l’estructura cristal·lina mentre el material canviava entre estats de baix i alt espín.

Els resultats confirmen que [Fe(pap-5NO₂)₂] presenta un efecte barocalòric gegant prop de la temperatura ambient que es manté estable durant almenys deu cicles de pressió. Per a un canvi de pressió moderat de només 2,0 kbar, el material mostra canvis d’entropia isotèrmics de fins a 79 J·kg⁻¹·K⁻¹ i canvis de temperatura adiabàtics que arriben a 26 K — valors entre els més alts reportats per a compostos amb canvi de espín. En condicions de ciclat reversible — essencials per a aplicacions pràctiques — el material manté un rendiment alt, mostrant canvis d’entropia reversibles de 70 J·kg⁻¹·K⁻¹ i canvis de temperatura de 14 K. Aquestes observacions destaquen la resposta barocalòrica forta i duradora del material en condicions operatives.

Aquest estudi identifica [Fe(pap-5NO₂)₂] com un material molecular prometedor per a aplicacions de refrigeració properes a la temperatura ambient. Les seves característiques — grans canvis d’entropia i temperatura, sensibilitat estructural i reversibilitat parcial sota pressió moderada — el posicionen com un candidat sòlid per al desenvolupament de sistemes de refrigeració lliures de gasos.

La difracció de raigs X amb sincrotró sota pressions altes i moderades va ser essencial per comprendre els mecanismes estructurals que impulsen la resposta tèrmica. Mentre les investigacions actuals busquen reduir encara més la histèresi tèrmica i possibilitar la implementació a gran escala, aquests resultats representen un avenç significatiu cap a tecnologies de refrigeració més netes, eficients i sostenibles.

Termogrames isobàrics de [Fe(pap-5NO₂)₂] a diferents pressions durant els processos d’escalfament i refredament, després de la sostracció de la línia base. Per a cada pressió, un pic prominent i ben definit identifica la transició entre les fases de baix espín i alt espín.