Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Phát hiện các tính chất từ tính trong sắt giống đất hiếm (16/05/2014)

Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Ames, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã quan sát thấy sắt có tính chất từ tính, thường thấy trong các nguyên tố đất hiếm. Tính chất từ tính xuất hiện trong một hợp chất sắt mới không chứa các nguyên tố đất hiếm, khi nguyên tử sắt nằm giữa 2 nguyên tử nitơ. Phát hiện này mở ra khả năng sử dụng sắt để cung cấp cả tính chất từ tính và tính vĩnh cửu cho nam châm vĩnh cửu độ bền cao, cũng như nam châm dùng trong các tua bin gió quay trực tiếp hoặc động cơ điện của ô tô hybrid.

Sắt tạo độ bền cho hầu hết mọi nam châm và mang lại lợi ích về sự dồi dào và giá thành rẻ. Nhưng, công thức của nam châm cần có các nguyên tố đất hiếm để bổ sung cho nam châm tính vĩnh cửu hoặc khả năng cố định hướng của từ trường (còn gọi là tính không đẳng hướng). Thách thức đặt ra là vật liệu đất hiếm có giá đắt đỏ và nguy cơ thiếu nguồn cung cấp nội địa. Do đó, nam châm vĩnh cửu thế hệ mới sẽ phải phụ thuộc vào sắt hoặc các vật liệu phong phú khác nhiều hơn là vào đất hiếm.

Paul Canfield, nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm Ames cho rằng: Điểm đột phá ở đây là họ đã quan sát thấy tính không đẳng hướng của nam châm, mà thông thường chỉ có ở các ion đất hiếm trong sắt.

Nhóm nghiên cứu nổi tiếng ở tầm quốc tế về kinh nghiệm thiết kế, khám phá, phát triển và mô tả đặc điểm của các vật liệu mới triển vọng. Nhờ nỗ lực này, các nhà khoa học đã thiết kế một kỹ thuật mới để tạo ra các đơn tinh thể liti-sắt-nitrit từ dung dịch liti-nitơ.

Anton Jesche, một trong các tác giả nghiên cứu cho biết: việc sử dụng nito trong dung dịch vẫn chưa thực hiện được vì các nhà khoa học thường nghĩ rằng khí nitơ khó bổ sung vào dung dịch. Nhưng, các tác giả nghiên cứu mới đã phát hiện ra rằng liti, nguyên tố rắn nhẹ nhất có thể giữ nitơ trong dung dịch. Vì thế, họ đã trộn liti với bột liti-nitrit để tạo thành dung dịch. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã bổ sung sắt và điều ngạc nhiên là sắt bị hòa tan. Thông thường, sắt và liti không trộn lẫn được với nhau. Các đơn tinh thể của liti nitrit thay thế sắt tạo nhiều bất ngờ: từ trường bên ngoài cần để đảo từ là hơn 11 tesla. Từ trường này lớn hơn của nam châm vĩnh cửu thông thường và cao hơn 2 cấp độ thường thấy trong các đơn tinh thể. Bằng chứng về hiện tượng lạ của sắt trong hợp chất mới là việc tạo đường hầm lượng tử do từ trường cho mật độ sắt hòa tan ở nhiệt độ tương đối cao là 10 Kelvin, cấp độ nhiệt cao chưa từng thấy trước đây.

Các nhà khoa học hy vọng kỹ thuật tạo tinh thể liti-sắt-nitrit và vật liệu mới có thể là một hệ thống mô hình cho nghiên cứu lý thuyết sau này về các ion sắt giống đất hiếm. Như vậy, các vật liệu này sẽ tác động rõ nét đến việc tìm cách không sử dụng đất hiếm cho nam châm vĩnh cửu và có thể còn tác động đến việc lưu trữ dữ liệu và điều khiển các ứng dụng máy tính lượng tử. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Nature Communications.

Nguồn: www.vista.vn (Theo Sciencedaily)