Forskare har upptäckt ett potentiellt verktyg för att förbättra magnetisering och magnetisk anisotropi, vilket gör det möjligt att förbättra prestandan hos samarium-koboltmagneter.

Forskarna, vid U.S. Department of Energy's Critical Materials Institute vid Ames Laboratory, i samarbete med Nebraska Center for Materials and Nanoscience och Institutionen för fysik och astronomi vid University of Nebraska, identifierat orbital-moment quenching som det möjliga verktyget, och rationaliserade släckningen i termer av beroendet av elektrisk laddningsfördelning i samariumatomer.

Sm-Co-magneter var de första permanentmagneterna från sällsynta jordartsmetaller, och är fortfarande bäst i applikationer där motstånd mot avmagnetisering – dess koercitivitet – och prestanda vid höga temperaturer är viktiga.

Forskarna försökte först testa gränserna för att ersätta järn med en del av kobolten, försöker göra en Sm-Co-magnet som är jämförbar i styrka med neodymjärnbor (Nd-Fe-B)-magneter, som har ett högre magnetiskt moment.

"The Critical Materials Institute (CMI) har som en av sina moonshots upptäckten av material som är jämförbara i styrka med neodymmagneter, men med samariummagneternas hållbarhet vid hög temperatur, " sa Durga Paudyal, Ames Laboratory forskare och projektledare för Predicting Magnetic Anisotropy vid CMI. "Vi var ute efter att öka det magnetiska momentet för den vanliga Sm-Co-magneten."

Forskningssamarbetet ledde till upptäckten att substitutioner av järn kunde sträcka sig så högt som 20 procent, bibehåller magnetens koercitivitet intakt. Beräkningsteori och modelleringsresultat visade att den elektroniska strukturen hos Samarium i materialet kan bryta mot Hunds regel, som förutsäger hur elektroner upptar tillgängliga orbitaler i atomstrukturen.

Forskningsresultaten kommer att hjälpa forskare att reda ut parametrarna för magnetism i sällsynta jordartsmetaller, och hjälpa till att påskynda upptäckten av potentiellt användbara magneter i framtiden.

Forskningen diskuteras vidare i "Anisotropy and Orbital Moment in Sm-Co Permanent Magnets."