Magnete sind wichtige Bestandteile zahlreicher Gegenst?nde – von Lautsprechern und Smartphones ebenso wie von Elektromotoren und Windkraftanlagen. Eine der wichtigsten Eigenschaften eines Magneten ist die Koerzitivit?t – die F?higkeit, einer Entmagnetisierung zu widerstehen. Materialien mit hoher Koerzitivfeldst?rke, sogenannte Hartmagnete, werden vor allem für Anwendungen ben?tigt, die einen stabilen Dauermagnetismus erfordern. Diese Hartmagnete sind ein wesentlicher Bestandteil von Technologien für erneuerbare Energien wie Windturbinen und Elektromotoren, die für eine nachhaltige Zukunft von zentraler Bedeutung sind. Magnete, die wir aus dem Alltag kennen, zum Beispiel solche, mit denen Zettel am Kühlschrank h?ngen, scheinen zwar stark zu sein. Aber sie sind bei weitem nicht so hart wie Magnete, die für schwere Aufgaben, wie den Einsatz in einem leistungsstarken Elektromotor, ben?tigt werden.

Durchbruch in der Magnettechnologie

In der Vergangenheit haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedene Techniken angewandt, um die Koerzitivfeldst?rke ferromagnetischer Werkstoffe zu erh?hen: Beispielsweise durch Zugabe von Seltenen Erden, durch Ver?nderung der Korngr??e, durch Optimierung der magnetischen Anisotropie (Richtungsabh?ngigkeit) oder durch Modifizierung von Oberfl?chen und Grenzfl?chen. Diese Methoden sind jedoch oft mit komplexen Prozessen verbunden und führen zu einer Schw?chung des Materials oder h?heren Kosten.

Forscher und eine Forscherin des Lehrstuhls für Experimentalphysik VI an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakult?t der Universit?t Augsburg haben nun entdeckt, dass sich die Koerzitivfeldst?rke des Materials CeAgSb?, das als weicher, quasi-zweidimensionaler Ferromagnet klassifiziert wird, durch moderaten Druck entlang einer Achse deutlich erh?hen l?sst, sodass es zu einem harten Magneten wird.

?Diese Methode ist verblüffend einfach, wurde aber noch nie zuvor beschrieben“, sagt Dr. Bin Shen, Erstautor des wissenschaftlichen Aufsatzes und Alexander von Humboldt Postdoc-Stipendiat an der Universit?t Augsburg. ?Es ist faszinierend, dass ein solch einfacher Ansatz zu einem so verblüffenden Ergebnis führen haben kann.“

Die Rolle von Defekten

Der Schlüssel zu dieser Umwandlung von einem weichen in einen harten Magneten liegt vermutlich in der Einführung von Defekten in das Material, die sich als Folge der uniaxialen Spannung ausbilden. Die Defekte fixieren die magnetischen Dom?nenw?nde – die Grenzen zwischen den verschiedenen magnetischen Bereichen des Materials. Dieser Pinning-Effekt erh?ht die Koerzitivfeldst?rke des Materials und macht es widerstandsf?higer gegen Entmagnetisierung.

Es besteht jedoch ein empfindliches Gleichgewicht: W?hrend eine gewisse Anzahl von Defekten notwendig ist, um die Dom?nenw?nde zu fixieren und die Koerzitivfeldst?rke zu erh?hen, k?nnen zu viele Defekte die magnetische Ordnung des Materials st?ren. Dies kann die Gesamtstruktur des Magneten schw?chen und seine Wirksamkeit beeintr?chtigen. Und es kommt nicht nur auf die Anzahl der Defekte an, sondern auch auf die Art der Defekte. Die Forscher vermuten, dass sie eine ganz besondere Art von Defekt entdeckt haben, der die Dom?nenw?nde besonders effektiv fixiert, w?hrend andere magnetische Eigenschaften weitgehend unbeeinflusst bleiben.

?Wir wissen noch nicht genau, welche Art von Defekt wir eingeführt haben“, erkl?rt Dr. Anton Jesche, Leiter der Forschungsgruppe am Lehrstuhl für Experimentalphysik VI. ?Aber was auch immer es ist, es scheint ein ideales Gleichgewicht zwischen der Erh?hung der Koerzitivkraft und der Erhaltung der strukturellen Integrit?t des Materials zu sein. Diese Defekte im Detail zu verstehen, wird ein Schwerpunkt der zukünftigen Forschung sein.“