Studie bietet Korrektur für bessere Berechnungen der magnetischen Eigenschaften von Neodymverbindungen

Die Streuung hochenergetischer Neutronen ist ein leistungsstarkes Werkzeug in der Spektroskopie, mit dem Forscher die physikalischen und chemischen Eigenschaften vieler verschiedener Materialien untersuchen können.

Es eignet sich besonders gut für die Untersuchung der dichten und komplexen Strukturen intermetallischer Lanthanoid-Eisen-Verbindungen, wie beispielsweise des berühmten Nd2Fe14B. Bisher haben Forscher jedoch noch nicht herausgefunden, wie sie die wertvollen magnetischen Eigenschaften des Materials mithilfe der Neutronenstreuung untersuchen können.

In einer neuen Studie veröffentlicht In Das European Physical Journal PlusMichael Kuz’min von der Universität Aix-Marseille stellt zusammen mit Manuel Richter vom Leibniz-IFW Dresden eine Korrektur der Technik vor, mit der das „Austauschfeld“ von Nd bestimmt werden könnte: ein wichtiger Indikator für seine magnetischen Eigenschaften.

Der Ansatz des Duos könnte Forschern helfen, die Ursprünge der hohen Entmagnetisierungsbeständigkeit von Neodymverbindungen besser zu verstehen, die für ihre Verwendung als Permanentmagnete, die für Windkraftanlagen, Elektroautos und Roboter unverzichtbar sind, von entscheidender Bedeutung ist.

Das Austauschfeld eines Metalls misst den Grad der Ausrichtung zwischen den Quantenspins seiner benachbarten Atome, der eng mit der Stärke seines Magnetismus zusammenhängt. Sie lässt sich ermitteln, indem man die Differenz zwischen zwei Schlüsselgrößen misst.

Die erste davon ist die Übergangsenergie, die erforderlich ist, damit sich umlaufende Elektronen zwischen „Multipletts“ bewegen können: eng beieinander liegenden Energieniveaus, die mit den elektronischen Strukturen von Nd-Atomen verbunden sind. Zweitens beschreibt die Spin-Bahn-Aufspaltung die Wechselwirkung zwischen den regulären Drehimpulsen der Elektronenspins und ihrer Umlaufbahn um ihre Atome.

Bei Messungen des Nd-Austauschfeldes ergeben sich Herausforderungen, da beide Größen durch elektrische Felder beeinflusst werden, die durch die Anordnung der Ionen um Nd-Atome im Kristallgitter erzeugt werden, was die gegenseitigen Wechselwirkungen zwischen ihren umlaufenden Elektronen stört.

In ihrer Studie schlagen Kuz’min und Richter neue Formeln vor, um den Einfluss dieses elektrischen Feldes zu korrigieren. Durch die Anwendung dieser Korrekturen auf ihre Beobachtungen hofft das Duo, dass Forscher in zukünftigen Experimenten besser in der Lage sein könnten, die magnetischen Eigenschaften des Metalls mithilfe der Neutronenspektroskopie zu erforschen und auszunutzen.