Wetenschappers van de TU Darmstadt onderzochten op atomair niveau hoe veranderingen in het ijzergehalte de microstructuur van op samarium-kobalt gebaseerde permanente magneten beïnvloeden. Hun resultaten zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie . Op de lange termijn zouden ze kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van permanente magneten met verbeterde magnetische prestaties. Deze magneten zijn te vinden in microgolfbuizen, gyroscopen en satellietbesturingen, bijvoorbeeld.

Hoewel samarium-kobaltmagneten (Sm ₂ Co ₁₇ magneten), een soort zeldzame aarde permanente magneten, werden ontwikkeld in het begin van de jaren zestig, het onderliggende mechanisme voor het vastzetten van domeinmuren is onbekend gebleven. Wetenschappers van de TU Darmstadt toonden aan dat het ijzergehalte de vorming van een ruitvormige celstructuur regelt die de dichtheid en sterkte domineert van de plaatsen waar de domeinwand vastzit en dus de coërciviteit, met andere woorden de weerstand die de magneet biedt tegen demagnetisatie.

Door gebruik te maken van een aberratie-gecorrigeerde (scanning) transmissie-elektronenmicroscoop met atomaire resolutie in combinatie met micromagnetische simulaties, konden de auteurs voor het eerst de atomaire structuur van de aanwezige enkele fasen onthullen en een directe correlatie met de macroscopische magnetische eigenschappen vaststellen. Met verdere ontwikkeling, deze kennis kan worden toegepast om permanente magneten van samarium-kobalt te produceren met verbeterde magnetische prestaties.

Vastzetten-gecontroleerde permanente magneten die bij verhoogde temperaturen boven 100° Celsius werken, verbeteren de apparaatprestaties van op magneten gebaseerde industriële toepassingen. Deze omvatten magnetronbuizen, gyroscopen en versnellingsmeters, reactie- en momentumwielen om satellieten te besturen en te stabiliseren, magnetische lagers, sensoren en actuatoren. sm ₂ (Co, Fe, Cu, Zr) ₁₇ is een belangrijk industrieel gebruikt materiaalsysteem omdat het zowel een hoge Curie-temperatuur als een hoge magnetokristallijne anisotropie heeft. In tegenstelling tot nucleatie-gecontroleerde op Nd-Fe-B gebaseerde permanente magneten, de sm ₂ Co ₁₇ -type behoudt zijn uitstekende magnetische eigenschappen bij verhoogde temperaturen.

Om zulke hoge magnetische prestaties te verkrijgen, is het noodzakelijk om de syntheseparameters tijdens het fabricageproces van een magneet nauwkeurig te beheersen en om de structuur en het gedrag van de betrokken fasen op atomaire schaal grondig te begrijpen.

Een hogere verzadigingsmagnetisatie verkregen door een verhoogd ijzergehalte is essentieel voor het verkrijgen van grotere energieproducten in deze zeldzame-aarde Sm ₂ Co ₁₇ -type pinning gecontroleerde permanente magneten. De wetenschappers van de TU Darmstadt ontwikkelden modelmagneten met een verhoogd ijzergehalte op basis van een unieke nanostructuur en een chemische modificatie die ijzer toevoegt, koper en zirkonium. Dr. Leopoldo Molina-Luna, wie was de corresponderende auteur van de publicatie, presenteerde de resultaten op de "Nature Conference on Electron Microscopy for Materials - The Next Ten Years" gevierd aan de Zhejiang University in Hangzhou, China (24 mei - 27 mei). Deze conferentie bracht vooraanstaande experts op het gebied van elektronenmicroscopie voor materiaalwetenschap samen.

Vervolgonderzoek om magnetische prestaties te verbeteren

Verdere onderzoeken gepland aan de TU Darmstadt naar dit materiaalsysteem omvatten temperatuurafhankelijke studies met behulp van een recent verworven DENSsolutions micro-elektromechanische systemen (MEMS) chip-gebaseerde in situ TEM-houder. Door deze ultramoderne opstelling te implementeren in combinatie met geavanceerde simulatietechnieken, willen de wetenschappers van de TU Darmstadt de mechanismen die leiden tot verbeterde magnetische prestaties in op samarium-kobalt gebaseerde en gerelateerde permanente magneetsystemen verder onderzoeken. Dit zou een grote doorbraak in het veld betekenen. Verder, plaatsspecifieke elektron-energieverlies-magnetisch chiraal dichroïsme (EMCD) metingen zijn gepland voor een kwantitatieve lokale magnetische structuurbepaling in samenwerking met collega's van het Beijing National Center for Electron Microscopy.