Onderzoekers van het Ames Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy ontdekten dat ze magnetische materialen konden functionaliseren via een zeer onwaarschijnlijke methode. door hoeveelheden van het vrijwel niet-magnetische element scandium toe te voegen aan een gadolinium-germaniumlegering.

Het was zo onwaarschijnlijk dat ze het een "contra-intuïtieve experimentele bevinding" noemden in hun gepubliceerde werk over het onderzoek.

"Mensen praten niet veel over scandium als ze het over magnetisme hebben, omdat er niet veel reden was om " zei Yaroslav Mudryk, een Associate Scientist bij Ames Laboratory. "Het is zeldzaam, duur, en vertoont vrijwel geen magnetisme."

"Conventionele wijsheid zegt dat als je verbinding A en verbinding B neemt en ze combineert, meestal krijg je een combinatie van de eigenschappen van elk. In het geval van de toevoeging van scandium aan gadolinium, echter, we zagen een abrupte anomalie."

Jarenlang onderzoek naar de eigenschappen van magnetocalorische materialen, verwijzend naar de ontdekking van het gigantische magnetocalorische effect in zeldzame aardlegeringen in 1997 door Vitalij Pecharsky en wijlen Karl Gschneidner, jr., legde de basis voor computationele theorie om te beginnen met "jagen" naar verborgen eigenschappen in magnetische zeldzame-aardeverbindingen die ontdekt konden worden door kleine hoeveelheden andere elementen te introduceren, het veranderen van de elektronische structuur van bekende materialen.

"Van berekeningen, we voorspelden dat scandium iets heel ongewoons op tafel zou kunnen brengen:we zagen een onverwacht groot magnetisch moment zich ontwikkelen op zijn enige 3D-elektron, "Zei Ames Laboratory Associate Scientist Durga Paudyal. "Het is de hybridisatie tussen gadolinium 5d en de scandium 3d-toestanden die de sleutel is die het magnetisme met het scandium versterkt en het omzet in een ferromagnetische toestand."

"Basisonderzoek kost tijd om vruchten af ​​te werpen. Dit is een voorbeeldig geval toen ons team 20 jaar geleden begon te onderzoeken wat de 5:4-verbindingen worden genoemd, "Zei Ames Laboratory-groepsleider en Iowa State University Distinguished Professor Vitalij Pecharsky. "Pas nu hebben we genoeg geleerd over deze unieke zeldzame aarde-elementen bevattende materialen om niet alleen comfortabel maar ook nauwkeurig te worden in het voorspellen hoe hun eigenschappen naar believen kunnen worden gemanipuleerd."

De ontdekking zou de manier waarop scandium en andere 'conventionele' niet-magnetische elementen worden beschouwd en gebruikt in onderzoek en ontwikkeling van magnetische materialen aanzienlijk kunnen veranderen, en creëert mogelijk nieuwe tools voor controle, manipuleren, en het functionaliseren van bruikbare magnetische zeldzame-aardeverbindingen.

Het onderzoek wordt verder besproken in de paper, "Magnetische functionaliteit verbeteren met Scandium:stereotypen doorbreken in het ontwerp van zeldzame-aardematerialen", geschreven door Yaroslav Mudryk, Durga Paudyal, Jing Liu, en Vitalij K. Pecharsky; en gepubliceerd in de Chemie van materialen .