Immagina piccoli magneti che alimentano il nostro mondo, accendendo e spegnendo silenziosamente l’energia nei telefoni, nelle automobili e persino nelle reti elettriche. Questi eroi non celebrati sono chiamati materiali magnetici morbidi. Tuttavia, man mano che i dispositivi diventano più veloci ed efficienti, i materiali tradizionali faticano a gestire le alte frequenze necessarie ai dispositivi moderni. Ecco gli ASMC, i nuovi ragazzi del quartiere.
Si tratta di compositi magnetici morbidi amorfi (ASMC) con qualche potenziale nascosto. Sono come polveri metalliche avvolte in uno speciale rivestimento ricco di minuscoli spazi d'aria e interfacce. Ciò conferisce loro superpoteri come bassa perdita di potenza e design flessibile, che li rendono estremamente efficienti nella gestione delle alte frequenze.
Ma c’è un problema:la loro magnetizzazione non è così elevata come quella dei materiali tradizionali. Quindi, gli scienziati sono in missione per trovare il perfetto equilibrio tra forza magnetica e morbidezza. È un enigma che vale la pena risolvere per il futuro dei nostri gadget.
Sebbene gli ASMC siano veloci, non sono molto forti magneticamente. È come avere un'auto da corsa con un motore debole:veloce ma non abbastanza potente.
Per affrontare questo problema, un gruppo di scienziati cinesi del Songshan Lake Materials Laboratory sta utilizzando un trucco interessante chiamato approccio dello “stato critico”. Immagina di applicare un campo magnetico rotante a questi materiali, come un vasaio che modella l'argilla. Questo li aiuta a cristallizzarsi solo un po', creando al loro interno minuscole regioni magnetiche super efficienti.
Il risultato è un materiale che è allo stesso tempo magnetico, forte ed efficiente. Questo ASMC in "stato critico" vanta funzionalità come:
Questa scoperta è solo l'inizio. Gli scienziati stanno lavorando su ulteriori miglioramenti utilizzando diversi rivestimenti e tecniche di modellatura per gli ASMC, oltre a esplorare nuovi materiali.
Il Prof. Haibo Ke ha dichiarato:"Una tale strategia per costruire una lega amorfa in stato critico può permetterci di sviluppare nuovi ASMC e promuovere lo sviluppo dell'elettronica moderna, specialmente nei campi ad alta frequenza. In futuro, da un lato, il il sinergismo di alta permeabilità, bassa perdita del nucleo, alta magnetizzazione e alta frequenza di applicazione può essere ottenuto attraverso l'ottimizzazione del processo, come l'utilizzo di nuovi strati di rivestimento (magnetici e isolati) e nuove tecniche di compattazione."
"D'altra parte, lo sviluppo di nuove composizioni di polveri e la modifica della microstruttura intrinseca, come la strategia di modulazione dell'ordine e l'ingegneria dei nanocompositi, ci consentono di rompere il compromesso tra 'forza magnetica' (magnetizzazione di saturazione) e 'plasticità magnetica' (coercività /perdita del core)."
"È certamente possibile sviluppare ASMC ad alte prestazioni e materiali interamente magnetici dolci, e la comunità scientifica ha già avviato alcune attività che promuoveranno la trasformazione dei campi dell'elettronica di potenza, in particolare dei dispositivi legati ai semiconduttori di terza generazione."
Questi progressi apriranno la strada a un'elettronica più efficiente in ogni ambito, dai telefoni alle reti elettriche, alimentando in definitiva un futuro ad alta frequenza.
I risultati sono pubblicati sulla rivista Materials Futures .
Ulteriori informazioni: Liliang Shao et al, Emersione indotta dallo stato critico di prestazioni magnetiche superiori in un composito magnetico morbido amorfo a base di ferro, Materials Futures (2024). DOI:10.1088/2752-5724/ad2ae8
Fornito dal laboratorio dei materiali del lago Songshan
