英国科学家观察到金属磁体中最大原子位移

2010-8-03 11:11 来源: 科技日报
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  据物理学家组织网报道,英国科学家在金属磁体热膨胀中观察到最大原子位移,此一发现将在高效传感器、制冷剂等未来新材料的研发中发挥重要作用。

  一般情况下,大部分材料在磁场中都会发生微小形变。英国剑桥大学的阿勒桑德·巴克扎及其合作者在最近一项研究中发现,一种含锰的磁性材料CoMnSi,两个邻近原子之间的位移达到2%,这是迄今为止在金属磁体中发现的最大位移距离。磁体具有强大的磁弹性作用,正是这种机制造成了某些材料内原子会出现大的位移。

  通过一种名为高效中子衍射结合磁力测量的方法,科学家在观察中发现,磁场变化会引起材料的磁性突然增加,称为变磁性过渡阶段。此时,材料磁性的变化来源于原子之间的一种强大磁弹性耦合。磁弹性耦合作为一种变磁临界点的前兆,加强了变形效果,于是出现了加热时锰原子之间距离发生2%的“巨大”改变。

  伦敦帝国学院物理学家卡尔·桑德曼解释说,在磁场中,受到两对不同锰原子之间交换作用的驱动,虽然材料整个体积的热膨胀非常小,但它在一个轴向上长度的显著减少,就会伴随着其他两个轴向上温度增加或磁场和正向热膨胀。材料的体积变化在整体上很小的时候,形变在一个方向上会很大。尤其是,纹理材料会比其他多晶材料显示出更大的形变,多晶材料更倾向于“平均”变化。

  研究人员表示,这一发现有助于许多领域的研究。比如磁性制冷材料和磁伸缩材料,它们在磁场中的反应变化,可用作传感器或制动器。而且研究人员注意到,它可能使混合材料具有同样大的磁弹性效应。

  与气体挥发制冷不同,固态磁性制冷剂属于高效室温制冷。桑德曼说,采用磁场改变材料的状态能提供一种制冷效果,这是来自固体形态的转变,而不是传统的压缩冰箱里那种把液体蒸发为气体带来的制冷。如果在一些具有和谐晶格结构的材料里,磁性制冷剂的制冷效果通常将更强大。

  通常的“磁弹性耦合”主要来源于稀土化合物,而金属材料只在变磁过渡时才能发生大的磁弹性耦合。稀土被用于制造电池和永久磁体,由于其在环保技术方面的关键作用,目前稀土的需求量与日俱增。因此,这一发现也有助于减少对稀土原料的需求。