Hoogenergetische neutronenverstrooiing is een krachtig hulpmiddel in de spectroscopie, waardoor onderzoekers de fysische en chemische eigenschappen van veel verschillende materialen kunnen onderzoeken.

Het is vooral geschikt voor het bestuderen van de dichte en complexe structuren van lanthanide-ijzer intermetallische verbindingen, zoals de beroemde Nd₂ Fe₁₄ B. Tot nu toe zijn onderzoekers er echter nog steeds niet achter hoe ze de waardevolle magnetische eigenschappen van het materiaal kunnen onderzoeken met behulp van neutronenverstrooiing.

Dat blijkt uit een nieuwe studie gepubliceerd in The European Physical Journal Plus Michael Kuz'min van de Universiteit van Aix-Marseille presenteert samen met Manuel Richter van Leibniz IFW Dresden een correctie op de techniek die gebruikt zou kunnen worden om het 'uitwisselingsveld' van Nd te bepalen:een belangrijke indicator van zijn magnetische eigenschappen.

De aanpak van het duo zou onderzoekers kunnen helpen de oorsprong van de hoge weerstand van neodymiumverbindingen tegen demagnetisatie beter te begrijpen, wat cruciaal is voor hun gebruik als permanente magneten, die onmisbaar zijn voor windturbines, elektrische auto's en robots.

Het uitwisselingsveld van een metaal meet de mate van uitlijning tussen de kwantumspins van zijn naburige atomen, wat sterk verbonden is met de sterkte van zijn magnetisme. Dit kan worden bepaald door het verschil tussen twee belangrijke grootheden te meten.

De eerste hiervan is de transitie-energie die nodig is om ronddraaiende elektronen te laten bewegen tussen 'multiplets':dicht bij elkaar gelegen energieniveaus die verband houden met de elektronische structuren van Nd-atomen. Ten tweede beschrijft de spin-baansplitsing de interactie tussen de reguliere impulsmomenten van de spin van de elektronen en hun baan rond hun atomen.

Voor metingen van het Nd-uitwisselingsveld ontstaan ​​er uitdagingen omdat deze beide grootheden worden beïnvloed door elektrische velden die worden gegenereerd door de rangschikking van ionen rond Nd-atomen in het kristalrooster, wat de onderlinge interacties tussen hun in een baan omlopende elektronen verstoort.

In hun onderzoek stellen Kuz'min en Richter een nieuwe reeks formules voor om de invloed van dit elektrische veld te corrigeren. Door deze correcties toe te passen op hun waarnemingen hoopt het duo dat onderzoekers in toekomstige experimenten beter geplaatst kunnen zijn om de magnetische eigenschappen van het metaal te onderzoeken en te exploiteren met behulp van neutronenspectroscopie.

Meer informatie: Michael D. Kuz'min et al, Lanthanide-uitwisselingsvelden en intermultiplet-overgangen in materialen met permanente magneten, The European Physical Journal Plus (2023). DOI:10.1140/epjp/s13360-023-04449-5

Aangeboden door Springer