Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Ames, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, phát hiện ra rằng họ có thể chức năng hóa các vật liệu từ tính thông qua một phương pháp hoàn toàn mới, bằng cách bổ sung một lượng nguyên tố scandium gần như không có từ tính vào hợp kim gadolin-germanium.
Yaroslav Mudryk, nghiên cứu viên công tác tại Phòng thí nghiệm Ames, cho biết: “Các nhà nghiên cứu không nhắc đến scandium khi họ đang đề cập đến hiện tượng từ tính, bởi vì vật liệu này gần như không có tính chất này. Nó cũng là loại vật liệu rất hiếm và đắt tiền. Nếu dùng kiến thức thông thường để diễn đạt thì có thể nói rằng, khi kết hợp hai hợp chất A và hợp chất B, thông thường nhất là chúng ta sẽ có được một số liên kết thuộc tính của mỗi hợp chất. Tuy nhiên, trong trường hợp bổ sung scandium vào gadolinium, chúng tôi quan sát thấy có một sự dị thường thực sự rất bất ngờ”.
Cùng với nhiều năm nghiên cứu khảo sát các đặc tính của vật liệu từ nhiệt, nghiên cứu này có mối liên quan đến khám phá hiệu ứng từ nhiệt trong hợp kim đất hiếm năm 1997 của Vitalij Pecharsky và Karl Gschneidner, Jr, đặt nền móng cho lý thuyết tính toán khởi đầu cho việc tìm kiếm, khám phá các đặc tính bí ẩn trong các thành phần đất hiếm từ tính bằng cách cho một lượng nhỏ các nguyên tố khác vào vật liệu để làm thay đổi cấu trúc điện tử của các vật liệu đã biết.
“Theo ước tính, chúng tôi dự đoán rằng scandium có thể mang lại một điều gì đó bất thường cho bảng tuần hoàn. Chúng tôi bất ngờ quan sát thấy một mômen từ lớn đột ngột xuất hiện trên hạt electron 3d của chính nó. Đây là sự kết hợp giữa gadolinium 5d và scandium 3d, làm tăng độ từ tính đối với scandium và làm cho nó thay đổi sang trạng thái sắt từ”, Durga Paudyal, nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Ames nói.
“Các nghiên cứu cơ bản cần có thời giàn để tạo ra thành quả. Đây là một nghiên cứu dẫn chứng khi mà 20 năm trước nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã bắt đầu nghiên cứu những thành phần có tên gọi là hợp chất 5:4. Bây giờ chúng tôi đã hiểu rõ không những đầy đủ đặc tính của những vật liệu chứa nguyên tố đất hiếm rất đặc biệt này mà còn dự đoán rất chính xác phương pháp nào có thể thao tác các đặc tính của chúng theo ý muốn”.
Phát hiện này có thể làm thay đổi suy nghĩ rằng scandium và các nguyên tố phi từ tính truyền thống khác cần được xem xét và sử dụng trong nghiên cứu và phát triển vật liệu từ và có thể tạo ra các công cụ mới dùng để kiểm soát, thao tác, và chức năng hoá các hợp chất hiếm từ đất hiếm hữu ích.
Nghiên cứu này cũng đã được thảo luận sâu trong bài báo mang tên “Enhancing Magnetic Functionality with Scandium: Breaking Stereotypes in the Design of Rare Earth Materials” (Gia tăng tính năng từ tính bằng Scandium: Phá vỡ các định kiến trong thiết kế các vật liệu đất hiếm) của các tác giả Yaroslav Mudryk, Durga Paudyal, Jing Liu, và Vitalij K. Pecharsky.
P.T.T (NASATI), Theo https://phys.org/news/2017-06-ferromagnets-stronger-adding-non-magnetic-elements.html, 23/6/2017