I materiali magnetici sono ovunque:nei motori, turbine eoliche, dispositivi elettronici e frigoriferi, quindi materiali con migliori proprietà magnetiche sono altamente desiderabili. I ricercatori della TU Delft Biswanath Dutta e Fritz Körmann del dipartimento di Scienza e ingegneria dei materiali hanno rivelato un meccanismo per migliorare le proprietà magnetiche di una classe relativamente nuova di leghe multicomponente note come HEA. Il loro lavoro è pubblicato questa settimana in Materiali funzionali avanzati .

Le leghe ad alta entropia (HEA) sono state proposte per la prima volta circa 15 anni fa e da allora, hanno suscitato molto interesse all'interno della comunità scientifica dei materiali a causa del loro eccellente fisico, proprietà meccaniche e funzionali, ad es. maggiore forza, proprietà magnetiche promettenti, e una migliore resistenza alla ruggine e alla corrosione. "L'obiettivo di questo progetto era trovare nuovi meccanismi con cui migliorare le proprietà magnetiche di un HEA, " dice Dutta. "E per fare questo, devi giocare con la chimica, quindi cambia la composizione della lega."

A differenza delle leghe tradizionali, che di solito consistono in un componente principale con una piccola quantità di un altro elemento aggiunto, ad es. acciaio, che è una lega di ferro mista all'1% di carbonio, Gli HEA sono costituiti da cinque o più elementi in proporzioni più o meno uguali. In questo studio, la squadra ha giocato con la composizione di un FeCoNiMnCu HEA, che contiene ferro, cobalto, nichel, manganese e rame. "I nostri colleghi del Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Germania hanno riscaldato questo materiale a una particolare temperatura fissa per diversi periodi di tempo, " dice Dutta. "E hanno notato due cose:una era che riscaldare l'HEA per 240 ore ne migliorava le proprietà magnetiche. E due, che all'interno del materiale, i diversi elementi sono stati segregati in diverse regioni all'interno della lega."

Utilizzando queste informazioni, Dutta ha eseguito simulazioni teoriche e alla fine è stato in grado di spiegare perché, dopo un riscaldamento prolungato, si ottengono proprietà magnetiche migliorate:"Il rame non ama formare una miscela solida e omogenea con gli altri elementi e quindi più si riscalda il campione, più il rame cerca di separarsi dagli altri quattro elementi, portando a diverse regioni con diverse composizioni, ad esempio, una regione ricca di ferro-cobalto e una regione ricca di rame." Queste diverse regioni hanno volumi disuguali causando quello che è noto come stress di coerenza tra un volume maggiore e uno minore. "E se una di queste regioni è particolarmente importante per le proprietà magnetiche, un'espansione del volume può migliorare quelle proprietà magnetiche."

Quindi in realtà ci sono due meccanismi all'opera qui:uno è la formazione di due regioni con diverse composizioni chimiche - un fenomeno noto tecnicamente come decomposizione spinodale - e l'altro fattore è la differenza di volume e quindi stress di coerenza tra le diverse regioni.

Con una migliore comprensione di questi meccanismi, i ricercatori possono iniziare a studiare altri HEA magnetici e leghe multicomponente per determinare se questo stesso comportamento si verifica causando un miglioramento delle loro proprietà magnetiche. "Questo concetto di cercare di migliorare le proprietà magnetiche attraverso la decomposizione spinodale è molto nuovo, "dice Dutta, "E questi nuovi meccanismi ci aiuteranno a trovare nuovo materiale magnetico per un potenziale uso in, Per esempio, sistemi di refrigerazione basati meno sui gas e più su materiali magnetici allo stato solido che saranno molto più rispettosi dell'ambiente."