Wetenschappers hebben een potentieel hulpmiddel ontdekt om magnetisatie en magnetische anisotropie te verbeteren, waardoor het mogelijk wordt om de prestaties van samarium-kobaltmagneten te verbeteren.

De wetenschappers, bij het Amerikaanse Department of Energy's Critical Materials Institute in Ames Laboratory, in samenwerking met het Nebraska Center for Materials and Nanoscience en het Department of Physics and Astronomy van de University of Nebraska, identificeerde orbitaalmoment-quenching als het mogelijke hulpmiddel, en rationaliseerde de uitdoving in termen van de afhankelijkheid van elektrische ladingsverdeling in samarium-atomen.

Sm-Co-magneten waren de eerste permanente magneten van zeldzame aardmetalen, en zijn nog steeds de toppresteerders in toepassingen waar weerstand tegen demagnetisatie - de coërciviteit - en prestaties bij hoge temperaturen belangrijk zijn.

De wetenschappers probeerden eerst de grenzen te testen van het vervangen van ijzer voor een deel van het kobalt, proberen een Sm-Co-magneet te maken die qua sterkte vergelijkbaar is met neodymium-ijzerborium (Nd-Fe-B) magneten, die een hoger magnetisch moment heeft.

"Het Critical Materials Institute (CMI) heeft als een van zijn moonshots de ontdekking van materialen die qua sterkte vergelijkbaar zijn met neodymiummagneten, maar met de duurzaamheid bij hoge temperaturen van samariummagneten, " zei Durga Paudyal, Ames Laboratoriumwetenschapper en projectleider voor het voorspellen van magnetische anisotropie bij CMI. "We wilden het magnetische moment van de standaard Sm-Co-magneet vergroten."

De onderzoekssamenwerking leidde tot de ontdekking dat vervangingen van ijzer kunnen oplopen tot 20 procent, de coërciviteit van de magneet intact te houden. Computationele theorie en modelleringsresultaten toonden aan dat de elektronische structuur van het Samarium in het materiaal de regel van Hund kan schenden, die voorspelt hoe elektronen beschikbare orbitalen in de atomaire structuur bezetten.

De onderzoeksresultaten zullen wetenschappers helpen de parameters van magnetisme in zeldzame aardmaterialen te bepalen, en helpen de ontdekking van potentieel bruikbare magneten in de toekomst te versnellen.

Het onderzoek wordt verder besproken in "Anisotropy and Orbital Moment in Sm-Co Permanent Magnets."