A medida que crece la demanda de soluciones energéticas sostenibles, la refrigeración de estado sólido está emergiendo como una alternativa prometedora a los sistemas tradicionales basados en la compresión de gases de efecto invernadero. Este tipo de refrigeración se basa en la respuesta termodinámica de ciertos materiales ante campos externos o fuerzas mecánicas, induciendo variaciones en la entropía y la temperatura adiabática. Uno de los mecanismos más relevantes es el efecto barocalórico (BCE, por sus siglas en inglés), mediante el cual los materiales pueden absorber o liberar calor de forma reversible al someterse a cambios de presión.

Los compuestos con transición de espín (SCO), especialmente los basados en Fe(II), tienen un gran potencial para la refrigeración barocalórica. Estos materiales pueden alternar entre estados electrónicos de bajo y alto espín en respuesta a estímulos externos. Este proceso conlleva cambios estructurales y electrónicos abruptos, que a menudo van acompañados de histéresis térmica — una diferencia de temperatura entre las transiciones directa e inversa. Para aplicaciones prácticas, es preferible una histéresis estrecha, ya que permite un funcionamiento reversible y eficiente cerca de una temperatura de trabajo definida. La combinación de sensibilidad a la presión, grandes cambios de entropía y una histéresis ajustable hace que los materiales SCO resulten especialmente atractivos para la refrigeración de estado sólido y, por lo tanto, sean una buena alternativa a los sistemas convencionales basados en compresión de gases.

Aunque se ha predicho la existencia de efectos térmicos intensos inducidos por presión en varios sistemas SCO, solo unos pocos han sido caracterizados experimentalmente mediante calorimetría de alta presión y difracción de rayos X. Este estudio pone el foco en [Fe(pap-5NO₂)₂], un material molecular que exhibe una transición de espín abrupta y cooperativa cerca de la temperatura ambiente. Su sensibilidad estructural a la presión permite un intercambio de calor efectivo, con ventajas adicionales incluyendo estabilidad al ciclado y rendimiento comparable a los mejores materiales barocalóricos inorgánicos.

Para investigar las propiedades del material, el equipo científico combinó difracción de polvo de rayos X basada en sincrotrón con calorimetría de alta presión. Las mediciones se llevaron a cabo en la línea de luz de Ciencia de Materiales y Difracción de Polvo (MSPD) del Sincrotrón ALBA. Se recolectaron patrones de difracción de alta resolución bajo presiones isotérmicas variables, permitiendo al equipo monitorear en tiempo real cómo evolucionaba la estructura cristalina mientras el material cambiaba entre estados de bajo y alto espín.

Los resultados confirman que [Fe(pap-5NO₂)₂] exhibe un efecto barocalórico gigante cerca de la temperatura ambiente que permanece estable durante al menos diez ciclos de presión. Para un cambio de presión moderado de sólo 2.0 kbar, el material muestra cambios de entropía isotérmica de hasta 79 J·kg⁻¹·K⁻¹ y cambios de temperatura adiabática que alcanzan 26 K — valores entre los más altos reportados para compuestos con cambio de espín. Bajo condiciones de ciclado reversible — esenciales para aplicaciones prácticas — el material mantiene un rendimiento fuerte, exhibiendo cambios de entropía reversibles de 70 J·kg⁻¹·K⁻¹ y cambios de temperatura de 14 K. Estas observaciones destacan la respuesta barocalórica fuerte y duradera del material bajo condiciones operacionales.

Este trabajo identifica [Fe(pap-5NO₂)₂] como un material molecular prometedor para aplicaciones de refrigeración cercanas a la temperatura ambiente. Sus características — grandes cambios de entropía y temperatura, sensibilidad estructural y reversibilidad parcial bajo presión moderada — lo posicionan como un candidato sólido para el desarrollo de sistemas de refrigeración libres de gases.

La difracción de rayos X con sincrotrón bajo presiones altas y moderadas fue esencial para comprender los mecanismos estructurales que impulsan la respuesta térmica. Mientras que las investigaciones actuales buscan reducir aún más la histéresis térmica y posibilitar la implementación a gran escala, estos hallazgos representan un avance significativo hacia tecnologías de refrigeración más limpias, eficientes y sostenibles.

Termogramas isobáricos de [Fe(pap-5NO₂)₂] a diferentes presiones durante los procesos de calentamiento y enfriamiento, después de la sustracción de la línea base. Para cada presión, un pico prominente y bien definido identifica la transición entre las fases de bajo espín y alto espín.