Железо проявило магнитные свойства, характерные для редкоземельных элементов

Физики создали монокристалл железо-замещённого нитрида лития, который продемонстрировал эффект магнитной анизотропии, характерный для магнитов с включением редкоземельных элементов

Физики создали монокристалл железо-замещённого нитрида лития, который продемонстрировал эффект магнитной анизотропии, характерный для магнитов с включением редкоземельных элементов
(фото Ames Laboratory).

Основным компонентом современных магнитов, который обеспечивает материалу соответствующие свойства, является железо. Его важными преимуществами для промышленного использования являются дешевизна и изобилие.

Но в большинстве случаев магнит должен содержать редкоземельные элементы, которые делают его "постоянным", то есть способным сохранять определённое направление магнитного поля (явление анизотропии). А эти важные компоненты дорого стоят и, как видно из названия, редки в природе.

Поэтому одной из задач, которую поставили перед собой исследователи из лаборатории Эймса при Министерстве энергетики США (Department of Energy's Ames Laboratory), является максимальное сокращение в составе магнитов редкоземельных элементов и поиск новых соединений, обладающих магнитными свойствами, на основе железа и других легкодоступных веществ.

Физики создали монокристалл железо-замещённого нитрида лития, который продемонстрировал эффект магнитной анизотропии, характерный для магнитов с включением редкоземельных элементов (фото Ames Laboratory).

Группа Пола Кенфилда (Paul Canfield) всемирно известна своими достижениями в проектировании, открытии, выращивании и характеристике новых перспективных материалов. На этот раз специалистам удалось вырастить монокристалл железо-замещённого нитрида лития состава Li2(Li0,90Fe0,10)N по новому методу из литий-азотного раствора.

"Использование азота при выращивании из раствора не было хорошо изучено, поскольку мы привыкли думать о нём, как о газе, — рассказывает один из разработчиков метода Антон Джесче (Anton Jesche) в пресс-релизе лаборатории. — Однако мы обнаружили, что литий — самый лёгкий из твёрдых элементов, способен удержать азот в растворе".

Учёные смешали порошок лития и нитрида лития и добились желаемого. При последующем добавлении железа, оно растворилось. Это удивительно само по себе, поскольку обычно литий и железо не смешиваются и в данном случае, именно присутствие азота стало решающим.

Полученный монокристалл, в котором атомы железа расположены в решётке между атомами азота, при температуре минус 271°С проявлял магнитные свойства, характерные для магнитов с включением редкоземельных элементов, то есть создавал направленное магнитное поле. Ещё одним доказательством экзотического состояния железа стал эффект квантового туннелирования при относительно высокой температуре минус 263°С.

Структура кристалла представляет собой слои нитрида лития Li2N, разделённые атомами лития, частично замещёнными на атомы железа. Единичная ячейка гексагональной решётки выделена красными линиями (иллюстрация A. Jesche et al).

"Прорыв состоит в том, что мы увидели магнитную анизотропию, обычно характерную для редкоземельных элементов, у простого железа, — заключает Кенфилд. — Но это не промышленный прорыв, поскольку мы наблюдали этот эффект только при криогенных температурах. Это настоящее достижение науки, которое ещё укажет путь к будущим техническим прорывам".

Учёные надеются, что их достижения, описанные в статье журнала Nature Communications, откроют новые просторы для создания высокопрочных "постоянных" магнитов, которые используются в ветряных турбинах, автомобильных электродвигателях, а также в системах хранения информации в квантовых компьютерах.

Также по теме:
Физики обнаружили в твёрдом полупроводнике "квантовые капли"
Физики разгадали многолетнюю загадку о поведении электронов
Физики доказали, что магнитное поле изменяет передачу тепла материалом
Физики научились включать и выключать магнитное поле графена
Создано самое маленькое в мире запоминающее устройство
Аспирант-физик создал крупнейший кластер квантовых систем

Сегодня

Вы можете получать оповещения от vesti.ru в вашем браузере