Группа ученых из Университета Дьюка (США) и Тринити-колледжа (Ирландия) предложила метод прогнозирования магнитных свойств в новых сплавах. С целью доказательства метода, были рассчитаны и изготовлены два новых сплава материала, которые обладают магнитными свойствами.

      Данное исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Для появления в веществе магнитных свойств, атомы, которые входят в его состав, должны содержать незаполненные электронные оболочки. Вот почему не все вещества могут иметь магнетизм: из ста тысяч общеизвестных неорганических соединений им обладают примерно два процента.

Дополнительные требования, которые предъявляются к магнитам промышленностью, сокращают количество используемых сплавов с магнитными свойствами до десятков сплавов. В состав большинства соединений, имеющих высокие магнитные свойства, входят редкоземельные элементы. Запасы этих элементов ограничены, часть из них добывается только в нескольких странах.

Для поиска новых магнитных материалов ученые сконцентрировались на сплавах Гейслера. Обоснование выбора материала связано с несколькими факторами.

1. Сплав Гейслера состоит из нескольких соединений известных сплавов, которые относятся к сильным магнетикам.

2. Данный сплав хорошо подходит для моделирования вариантов взаимодействия электронов в материале.

3. Сплавы Гейслера включают в себя большое количество элементов и соединений, что увеличивает вероятность нахождения нового сплава с магнитными свойствами.

Во-вторых, сплавы Гейслера — класс соединений, включающий в себя большое количество элементов и возможных их комбинаций, что повышает вероятность нахождения нового сплава с интересующими свойствами. Также, этот класс хорошо подходит для моделирования взаимодействия электронов в веществе

Фазы Гейслера: простые (A), обратные (B) и частичные (C)

Stefano Sanvito et al./ Science Advances, 2017

Полться

Рассмотрим комбинации соединений трех металлов, в которых каждый металл представлен 55 разными элементами, число таких комбинаций составляет примерно 230 тысяч. Отбор был разделен на два этапа для уменьшения числа возможных сплавов-претендентов для синтеза.

На первом этапе была рассчитана термодинамическая стабильность возможных комбинаций представленных элементов типа А2ВС. Данные расчета показали, что только 248 соединений оказались стабильными.

На втором этапе, в результате моделирования магнитных свойств и окончательного термодинамического расчета, было выявлено всего 14 соединений, обладающих магнитным моментом. В течение нескольких лет ученые пытались создать рассчитанные соединения, и им удалось синтезировать два сплава: Co₂MnTi и Mn₂PtPd.Для Co₂MnTi расчеты прогнозировали высокую температуру Кюри (температуру, при которой, сплав теряет свои магнитные свойства).

В реальности, температура Кюри оказалась на уровне 665℃, это на два градуса ниже температуры, которая была рассчитана моделированием.Второе соединение — Mn₂PtPd, имеет антиферромагнитными свойствами. Исследователи допускают, что полученные в результате их работы, магниты не получат широкого применения, тем не менее, данная методика может ощутимо ускорить поиск новых сплавов с магнитными свойствами.

В настоящий момент, сложной задачей остается поиск путей для химического синтеза, в то время как отбор соединений с заданными свойствами благодаря описанной методике не требует значительных временных и трудозатрат. Созданные в результате данной работы сплавы могут применены в датчиках магнитного поля или магнитных записывающих устройствах.[1]

[1] По материалам статьи Григория Копиева «Компьютер научили предсказывать новые магнитные материалы»