Forskare vid U.S. Department of Energy's Ames Laboratory upptäckte att de kunde funktionalisera magnetiska material genom en helt osannolik metod, genom att tillsätta mängder av det praktiskt taget icke-magnetiska elementet scandium till en gadolinium-germaniumlegering.

Det var så osannolikt att de kallade det ett "kontraintuitivt experimentellt fynd" i sitt publicerade arbete med forskningen.

"Folk pratar inte mycket om skandium när de pratar magnetism, eftersom det inte har varit mycket anledning till, "sa Yaroslav Mudryk, en associerad forskare vid Ames Laboratory. "Det är ovanligt, dyr, och visar praktiskt taget ingen magnetism. "

"Konventionell visdom säger att om du tar förening A och förening B och kombinerar dem tillsammans, oftast får du en kombination av egenskaperna för varje. Vid tillägg av skandium till gadolinium, dock, vi såg en plötslig avvikelse. "

Års forskning om att utforska egenskaperna hos magnetokaloriska material, som hänför sig till upptäckten av den gigantiska magnetokaloriska effekten i sällsynta jordlegeringar 1997 av Vitalij Pecharsky och avlidne Karl Gschneidner, Jr., lade grunden för beräkningsteori för att börja "jaga" efter dolda egenskaper i magnetiska sällsynta jordföreningar som kan upptäckas genom att introducera små mängder andra element, ändra den elektroniska strukturen för kända material.

"Från beräkningar, vi projekterade att skandium kan ge något riktigt ovanligt till bordet:vi såg ett oväntat stort magnetiskt ögonblick utvecklas på sin ensamma 3d -elektron, "sade Ames Laboratory Associate Scientist Durga Paudyal." Det är hybridiseringen mellan gadolinium 5d och skandium 3d -tillstånden som är nyckeln som stärker magnetismen med skandiet och omvandlar det till ett ferromagnetiskt tillstånd. "

"Grundforskning tar tid att bära frukt. Detta är ett exemplariskt fall när vårt team för 20 år sedan började undersöka vad som kallas 5:4 -föreningarna, "sade gruppledare för Ames Laboratory och Iowa State University, framstående professor Vitalij Pecharsky." Först nu har vi lärt oss tillräckligt om dessa unika sällsynta jordartsmetaller som innehåller material för att inte bara bli bekväma utan exakta att förutsäga hur man manipulerar sina egenskaper efter behag. "

Upptäckten kan i hög grad förändra hur skandium och andra 'konventionellt' icke-magnetiska element betraktas och används vid forskning och utveckling av magnetiska material, och möjligen skapar nya verktyg för kontroll, manipulera, och funktionalisering av användbara magnetiska sällsynta jordartsmetoder.

Forskningen diskuteras vidare i tidningen, "Förbättra magnetisk funktionalitet med Scandium:Breaking Stereotypes in Design of Rare Earth Materials", författad av Yaroslav Mudryk, Durga Paudyal, Jing Liu, och Vitalij K. Pecharsky; och publiceras i Materialkemi .