I ricercatori dell'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno scoperto che potevano funzionalizzare i materiali magnetici attraverso un metodo del tutto improbabile, aggiungendo quantità dell'elemento praticamente non magnetico scandio a una lega di gadolinio-germanio.

Era così improbabile che nel loro lavoro pubblicato sulla ricerca lo chiamassero un "risultato sperimentale controintuitivo".

"La gente non parla molto di scandio quando parla di magnetismo, perché non c'è stata molta ragione per, " disse Yaroslav Mudryk, uno scienziato associato presso il laboratorio Ames. "È raro, caro, e non mostra praticamente alcun magnetismo."

"La saggezza convenzionale dice che se prendi il composto A e il composto B e li combini insieme, più comunemente si ottiene una combinazione delle proprietà di ciascuno. Nel caso dell'aggiunta di scandio al gadolinio, però, abbiamo osservato una brusca anomalia."

Anni di ricerca esplorando le proprietà dei materiali magnetocalorici, riferendosi alla scoperta del gigantesco effetto magnetocalorico nelle leghe di terre rare nel 1997 da Vitalij Pecharsky e dal compianto Karl Gschneidner, Jr., ha gettato le basi per la teoria computazionale per iniziare a "cacciare" proprietà nascoste nei composti magnetici delle terre rare che potrebbero essere scoperte introducendo piccole quantità di altri elementi, alterare la struttura elettronica di materiali noti.

"Dai calcoli, abbiamo previsto che lo scandio potrebbe portare qualcosa di veramente insolito sul tavolo:abbiamo visto un momento magnetico inaspettatamente grande svilupparsi sul suo solitario elettrone 3D, " ha detto Durga Paudyal, scienziato associato del laboratorio di Ames. "È l'ibridazione tra il gadolinio 5d e gli stati di scandio 3d che è la chiave che rafforza il magnetismo con lo scandio e lo trasforma in uno stato ferromagnetico".

"La ricerca di base richiede tempo per dare i suoi frutti. Questo è un caso esemplare quando 20 anni fa il nostro team ha iniziato a esaminare quelli che vengono chiamati i composti 5:4, ", ha affermato il leader del gruppo di Ames Laboratory e illustre professor Vitalij Pecharsky della Iowa State University. "Solo ora abbiamo imparato abbastanza su questi materiali unici contenenti elementi di terre rare per diventare non solo comodi ma precisi nel prevedere come manipolare le loro proprietà a piacimento".

La scoperta potrebbe cambiare notevolmente il modo in cui lo scandio e altri elementi non magnetici "convenzionalmente" sono considerati e utilizzati nella ricerca e nello sviluppo di materiali magnetici, ed eventualmente crea nuovi strumenti per il controllo, manipolare, e funzionalizzando utili composti magnetici delle terre rare.

La ricerca è ulteriormente discussa nel documento, "Migliorare la funzionalità magnetica con lo scandio:rompere gli stereotipi nella progettazione di materiali di terre rare", scritto da Yaroslav Mudryk, Durga Paudial, Jing Liu, e Vitalij K. Pecharsky; e pubblicato in Chimica dei materiali .