Rzadki magnetyzm w żelazie

Naukowcy z Ames Laboratory zaobserwowali w żelazie właściwości magnetyczne, które zwykle obserwuje się w metalach ziem rzadkich. Właściwości takie zaobserwowano w związkach, w których atom żelaza znajduje się pomiędzy dwoma atomami azotu. Odkrycie to pozwoli na rezygnację z używania metali ziem rzadkich do budowy silnych magnesów stałych, używanych w turbinach wiatrowych czy silnikach elektrycznych.

Przełom tutaj polega na tym, że zaobserwowaliśmy w żelazie magnetyczną anizotropię zwykle wiązaną z metalami ziem rzadkich. Z punktu widzenia przemysłu nie jest to jeszcze przełom, gdyż takie właściwości ujawniają się w bardzo niskich temperaturach. Jednak jest to przełom z naukowego punktu widzenia, który może w przyszłości doprowadzić do przełomu technologicznego - mówi Paul Canfield, fizyk z Ames Laboratory.

Grupa Canfielda zdobyła sobie międzynarodowy rozgłos dzięki przełomowym pracom nad projektowaniem, odkrywaniem i tworzeniem nowych materiałów. Teraz Canfield i jego współpracownik Anton Jesche opracowali nową technikę hodowania kryształów litowo-żelazowo-azotowych z roztworu litowo-azotowego.

Roztwory azotowe nie zostały jeszcze wystarczająco przebadane i wykorzystane, gdyż azot postrzegamy jako gaz i trudno jest go umieścić w roztworze. Odkryliśmy jednak, że lit – najlżejszy pierwiastek stały – zatrzymuje azot w roztworze. Połączyliśmy zatem lit oraz proszek litowo-azotowy i to zadziałało. Powstał roztwór - wyjaśnia Jesche. Uczeni dodali do roztworu żelazo i, ku ich zaskoczeniu, rozpuściło się ono w roztworze.

Zwykle żelazo i lit się nie łączą. Wydaje się zatem, że dodanie azotu to litu pozwoliło na dołączenie żelaza - mówi Canfield.

Powstałe w ten sposób kryształy kryły w sobie jeszcze jedną niespodziankę. Otóż pole magnetyczne potrzebne do odwrócenia magnetyzacji kryształu wynosiło ponad 11 tesli, było więc o rząd wielkości wyższe w komercyjnie dostępnych magnesach i o co najmniej dwa rzędy wielkości wyższa od występującej w pojedynczych kryształach.

żelazo magnetyzm metale ziem rzadkich