Dem magnetischen Formgedächtniseffekt auf der Spur

Physiker klären Kopplung von Struktur und Magnetismus auf Nanometerskala

14.05.2013 - Deutschland

Physikern aus Leipzig ist ein wesentlicher Schritt im physikalischen Verständnis der Kopplung von Struktur und Magnetismus der ferromagnetischen Formgedächtnislegierung Ni-Mn-Ga gelungen. Die Resultate, die durch ein neues physikalisches Verständnis den Weg zur Optimierung dieses Effekts ebnen, wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials publiziert.

Magnetische Formgedächtnismaterialien sind eine neue spannende Materialklasse, die sich durch große magnetisch schaltbare Dehnungen von bis zu zehn Prozent auszeichnen. Die bekanntesten Legierungen mit solchen Eigenschaften bestehen aus Nickel, Mangan und Gallium bzw. aus Eisen und Palladium.

Um den Einfluss von Kristallorientierungen und Verzwillingung auf die magnetischen Eigenschaften der Mikro- und Nanometerskala aufzuklären, untersuchten die Doktoranden Alexander Jakob und Marcel Hennes in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Stefan Mayr (Translationszentrum für Regenerative Medizin der Universität Leipzig und Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V.) – in Kooperation mit Dr. Daniel Spemann (ehemals Nukleare Festkörperphysik, Universität Leipzig) – einkristalline Nickel-Mangan-Gallium-Dünnschichten. Dafür wurden diese mittels magnetischer Rasterkraftmikroskopie (MFM) charakterisiert und anschließend mit Hilfe mikromagnetischer Simulationen modelliert. „Damit ist uns ein wesentlicher Schritt im physikalischen Verständnis der Kopplung von mikromagnetischen und strukturellen Eigenschaften in miniaturisierten magnetischen Formgedächtnislegierungen gelungen“, erklärt Erstautor Alexander Jakob.

Erstmalig gelang es den Wissenschaftlern zudem, die temperaturabhängige Entwicklung von Magnetismus und Struktur an den strukturellen und magnetischen Phasenübergängen ortsaufgelöst zu messen. Hier wurde eine Abweichung von der kubischen magnetokristallinen Anisotropie beobachtet, die mit Hilfe eines theoretischen Modells zum partiellen Domänenabschluss quantifiziert werden kann.

Die Resultate ebnen durch ein neues physikalisches Verständnis Wege zur Optimierung des Effekts, insbesondere in miniaturisierten Anwendungen in den Bereichen der Ingenieurwissenschaften und regenerativen Medizin.

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