Magnete mit seltener Anziehungskraft

Geeignete Verbindungen werden erst simuliert und dann synthetisiert

Nach einer Kombination verschiedener Metalle, die heutigen Dauermagneten in ihrer Anziehungskraft nicht nachsteht, fahnden die Wissenschaftler der Kooperation dabei sehr systematisch. „Wir berechnen zunächst, welche Verbindungen die gewünschten Eigenschaften haben könnten“, erklärt Eberhard Gross, Direktor am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle an der Saale. Dabei kommt es nicht nur auf die Wahl der Elemente an, sondern auch auf das genaue Mischungsverhältnis. Das Team um Claudia Felser synthetisiert anschließend die Verbindungen, die sich in Simulationen vielversprechend präsentierten.

„Bei weichmagnetischen Verbindungen funktionieren die theoretischen Vorhersagen sehr gut“, so Gross. Weichmagnetische Materialien besitzen oft ein hohes magnetisches Moment und lassen sich schon durch kleine Magnetfelder magnetisieren und entmagnetisieren. Letzteres ist bei vielen Anwendungen etwa in herkömmlichen Generatoren eine willkommene Eigenschaft, nicht aber bei Permanentmagneten. Diese sind hartmagnetisch, lassen sich also nur mit hohen Magnetfeldern magnetisieren und entmagnetisieren. Hartmagnetische Materialien bringen es allerdings oft nur auf ein kleines magnetisches Moment. „Wir wollen beides: Ein großes magnetisches Moment, das sich nur mit einem starken Magnetfeld umpolen lässt“, so Felser.

Für Hartmagnete ist die Mikrostruktur wichtig

Da kommen Thomas Höche, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Halle, und seine Mitarbeiter ins Spiel. Sie kennen sich gut damit aus, wie die Mikrostruktur eines Materials dessen Eigenschaften beeinflusst. „Gerade bei hartmagnetischen Materialien spielt das eine wichtige Rolle“ (Felser).

Ein Material, dass sich mit starken Magnetfeldern stark magnetisieren lässt, haben die Forscher um Claudia Felser bereits gefunden, allerdings besitzt es nur ein verschwindendes magnetisches Moment. Als Dauermagnet eignet sich das Material also noch nicht. Außerdem enthält es mit Platin und Gallium und zwei Materialien, die nicht gerade gut verfügbar sind. Doch die Forscher haben ausgehend von diesem Material bereits weitere Metall-Kombinationen ins Auge gefasst, die den Anforderungen besser gerecht werden.

Felser: „Uns geht es aber nicht nur darum, ein einzelnes Material zu finden, das Permanentmagnete mit Seltenen Erden ersetzen kann. Wir wollen die chemische Physik der Heusler-Verbindungen so gut verstehen, dass wir ihre Eigenschaften gezielt einstellen können.“ Erreichen sie dieses Ziel, müssten die Kooperationspartner auch nicht fürchten, dass eine vielversprechende Verbindung durch den Zufallsfund einer anderen Gruppe schnell wieder ausgestochen wird. Denn die systematische Suche soll ihnen helfen, selbst die optimale Zusammensetzung aufzuspüren. Und wenn sie die gefunden haben, sind wieder die Fraunhofer-Kollegen gefragt. Die haben nämlich auch besonders viel Erfahrung damit, Materialien mit ökonomischem Potenzial zu verwerten. (Text: Peter Hergersberg)

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