Kestomagneettisuutta tuottaen

Monien teknisten sovellusten kannalta välttämättömien vahvojen kestomagneettien syntetisoiminen vaatii kalliita ja ympäristölle haitallisia harvinaisten maametallien louhintaa.

Tyler Slade Ames National Laboratorysta Iowasta ja hänen kollegansa osoittavat nyt kuinka siirtymämetallien lisääminen matalassa sulamislämpötilassa oleviin platinan ja fosforin yhdistelmiin tuottaa uuden kiteisen materiaalin, jolla on vahva ferromagneettinen järjestys huoneenlämpötilassa.

Vaikka platinan korkea hinta estää tämän tietyn yhdisteen laajan käytön, samankaltaisiamatalassa lämpötilassa sulavia seoksia on olemassa muille runsaille alkuainepareille, jotka voivat tarjota hyödyllisiä magneettisia ominaisuuksia. Tutkijat toivovatkin, että heidän konseptinsa johtaa vaihtoehtoisiin magneetteihin, jotka eivät perustu harvinaisten maametallien elementteihin.

Tutkijat visioivat, että heidän menetelmänsä voisi tuottaa kestomagneetteja käytettäväksi solid-state-muistilaitteissa, moottoreissa ja turbiineissa.

NC State Univesityn tutkijat ovat toisaalta keksineet, että tekemällä antiferrosähköisistä materiaaleista riittävän ohuita niin materiaalista tulee ferrosähköisiä.

"Elektroniset laitteet pienenevät, minkä vuoksi meidän on yhä tärkeämpää ymmärtää, kuinka materiaalin ominaisuudet voivat muuttua pienessä mittakaavassa", sanoo apulaisprofessori Ruijuan Xu, North Carolina State Universitystä.

"Tässä tapauksessa opimme, että kun antiferrosähköisistä ohuista kalvoista tulee liian ohuita, nämä materiaalit käyvät läpi faasimuutoksen ja muuttuvat ferrosähköisiksi. Tämä tekee niistä vähemmän hyödyllisiä energian varastoinnissa, mutta luo uusia sovellusmahdollisuuksia muistitallennukseen."

"Tutkimuksen tulokset olivat melko odottamattomia", toteaa Xu.

"Tiedämme, että atomimittakaavassa antiferrosähköisissä materiaaleissa, kuten lyijyttömässä NaNbO3 -kalvossa, on vuorotellen dipoleja koko materiaalissa. Huomasimme, että kun NaNbO3 -kalvot olivat ohuempia kuin 40 nm, ne muuttuvat täysin ferrosähköisiksi. Ja 40 nm:stä alkaen 164 nm:in asti havaitsimme, että materiaalissa oli jotkin alueet, jotka olivat ferrosähköisiä, kun taas toiset alueet olivat antiferrosähköisiä."

"Yksi jännittävistä asioista, jonka löysimme, oli se, että kun ohuet kalvot olivat alueella, jossa oli sekä ferrosähköisiä että antiferrosähköisiä alueita, voimme tehdä antiferrosähköisistä alueista ferrosähköisiä käyttämällä sähkökenttää", Xu sanoo. "Ja tämä muutos ei ollut palautuva. Toisin sanoen pystyimme tekemään ohuesta kalvosta täysin ferrosähköisen 164 nm:n paksuudella."

Tutkijoiden mukaan heidän työnsä tarjoaa näkemyksiä siitä, kuinka voidaan hallita materiaalin ominaisuuksia hyödyntämällä kokovaikutuksia ja toivovat menetelmää voidaan käyttää tutkimaan samanlaisiakysymyksiä monille muille materiaaleille.

Aiheesta aiemmin:

Magneettien manipulointia atomien tasolla