Gør ferromagneter stærkere ved at tilføje ikke-magnetiske elementer

Forskere ved det amerikanske energiministeriums Ames Laboratory opdagede, at de kunne funktionalisere magnetiske materialer gennem en helt usandsynlig metode, ved at tilføje mængder af det praktisk talt ikke-magnetiske element scandium til en gadolinium-germanium-legering.

Det var så usandsynligt, at de kaldte det et "kontraintuitivt eksperimentelt fund" i deres publicerede arbejde med forskningen.

"Folk taler ikke meget om skandium, når de taler magnetisme, fordi der ikke har været megen grund til, "sagde Yaroslav Mudryk, en lektor ved Ames Laboratory. "Det er sjældent, dyrt, og viser stort set ingen magnetisme. "

"Konventionel visdom siger, at hvis du tager forbindelse A og forbindelse B og kombinerer dem sammen, oftest får du en kombination af egenskaberne for hver. I tilfælde af tilsætning af scandium til gadolinium, imidlertid, vi observerede en brat anomali. "

Års forskning, der udforsker egenskaberne af magnetokaloriske materialer, vedrører opdagelsen af ​​den gigantiske magnetokaloriske effekt i sjældne jordlegeringer i 1997 af Vitalij Pecharsky og afdøde Karl Gschneidner, Jr., lagde grunden til beregningsteori til at begynde "jagt" efter skjulte egenskaber i magnetiske sjældne jordforbindelser, der kunne opdages ved at indføre små mængder af andre elementer, ændring af den elektroniske struktur af kendte materialer.

"Fra beregninger, vi forudsagde, at scandium kan bringe noget virkelig usædvanligt til bordet:vi så et uventet stort magnetisk øjeblik udvikle sig på dets ensomme 3d -elektron, " sagde Ames Laboratory Associate Scientist Durga Paudyal. "Det er hybridiseringen mellem gadolinium 5d og scandium 3d-tilstandene, der er nøglen, der styrker magnetismen med scandium og transformerer den til en ferromagnetisk tilstand."

"Grundforskning tager tid at bære frugt. Dette er et eksemplarisk tilfælde, da vores team for 20 år siden begyndte at undersøge, hvad der kaldes 5:4 -forbindelserne, "sagde gruppeleder for Ames Laboratory og Iowa State University, fremtrædende professor Vitalij Pecharsky." Først nu har vi lært nok om disse unikke materialer, der indeholder sjældne jordarter, til at blive ikke kun komfortable, men præcise til at forudsige, hvordan de manipulerer deres egenskaber efter behag. "

Opdagelsen kan i høj grad ændre den måde, hvorpå skandium og andre 'konventionelt' ikke-magnetiske elementer betragtes og bruges i forskning og udvikling af magnetiske materialer, og muligvis skaber nye værktøjer til kontrol, manipulerende, og funktionalisering af nyttige magnetiske sjældne jordforbindelser.

Forskningen diskuteres yderligere i papiret, "Forbedring af magnetisk funktionalitet med Scandium:Breaking Stereotypes in the Design of Rare Earth Materials", skrevet af Yaroslav Mudryk, Durga Paudyal, Jing Liu, og Vitalij K. Pecharsky; og offentliggjort i Kemi af materialer .