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16.03.2015 | Werkstofftechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Design-Legierung lässt sich stark magnetisieren

Autor:
Dieter Beste

Die Werkstoffentwicklung am Computer – deren Synthese auf atomarer Ebene – feiert tagtäglich erstaunliche Erfolge: Jetzt gelang es Wissenschaftlern in Dresden, die weltweit am stärksten magnetisierbare Legierung herzustellen.

Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe (MPI-CPfS) in Dresden haben ein neues Material entwickelt, in dem sie eine außerordentlich starke magnetische Wechselwirkung – einen sogenannten exchange bias – nachweisen konnten. Auch nach Abschalten des externen Magnetfeldes konnte eine magnetische Feldstärke von über drei Tesla in dem neuen Material gemessen werden. Ein sehr hoher Wert, wie er beispielsweise von starken Magnetresonanz-Tomographen in der Medizin erreicht wird. Ihre Messungen führten die Forscher am Hochfeld-Magnetlabor Dresden (HLD) des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und am High Field Magnet Laboratory (HFML) an der Radboud University in Nijmegen durch.

Die am MPI-CPfS berechnete und hergestellte Legierung aus Mangan-Platin-Gallium ist scheinbar unmagnetisch. Das liegt, wie die Forscher berichten, an zwei magnetischen Untergittern, die sich gegenseitig kompensieren. Es handelt sich um eine sogenannte Heuslersche-Legierung. Im Lehrbuch „Physik für Ingenieure“ erklären die Autoren, dass auch nicht ferromagnetische Stoffe ferromagnetisch sein können, weil offenbar der Ferromagnetismus keine Eigenschaft der Atome, sondern des kristallinen Festkörpers ist (Seite 328). Wie durch einen Tarnmantel geschützt, liegen hier die magnetischen Eigenschaften im Inneren verborgen, während sich um das Material herum kein Magnetfeld detektieren lässt. „Das Gute an den Heusler-Verbindungen ist die gute Durchstimmbarkeit; ich kann einzelne Atome so auswählen, dass deren magnetische Momente sich zu null addieren“, sagt Ajaya Nayak, ein junger Gruppenleiter am MPI und Erstautor der Studie.

Drei-Tesla-Magnetfeld

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In gepulsten Magnetfeldern bis zu 60 Tesla konnten die Wissenschaftler erste Rückschlüsse auf die magnetische Struktur des neu synthetisierten Materials ziehen. Doch für eine kontrollierte Manipulation dieser Eigenschaften waren weitere Experimente in statischen Magnetfeldern nötig. Vom HLD aus entstand schnell der Kontakt zum HFML in Nijmegen, wo derartige Felder erzeugt werden können. Hier gelang es den Wissenschaftlern schließlich, dem Material ein Magnetfeld von über drei Tesla aufzuprägen. Dazu wurde die Heuslersch-Legierung in einem mehr als 20 Tesla starken statischen Magnetfeld kontrolliert abgekühlt, was schließlich zu einer magnetischen Wechselwirkung im Material führte.

Von der Idee zur Anwendung

Die neuen Ergebnisse sind natürlich interessant für die Grundlagenforschung, die sich mit der Synthese neuer Funktionswerkstoffe beschäftigt. Doch auch zu möglichen Anwendungen ist es nur ein kleiner Schritt, glauben die Dresdener Forscher: So ist es bereits gelungen, eine andere Heusler-Verbindung zu finden, deren magnetischer Phasenübergang sich oberhalb der Raumtemperatur befindet. Das könnte neue magneto-elektronische Bauelemente mit einer ungewöhnlich stabilen Magnetisierung ermöglichen.

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

2010 | OriginalPaper | Buchkapitel

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Quelle:
Physik für Ingenieure

2014 | OriginalPaper | Buchkapitel

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