科學家們發現了一種增強磁化強度和磁各向異性的潛在工具，使改進釤鈷磁鐵的性能成為可能。美國能源部埃姆斯實驗室關鍵材料研究所的科學家們與內布拉斯加州材料和納米科學中心以及內布拉斯加州大學物理和天文學系合作，確定了軌道瞬間猝滅是可能的工具，並根據釤原子電荷分布的依賴性對猝滅進行了合理化。Sm-Co磁體是第一個稀土永磁磁體，在抗退磁性能(其矯頑力)和高溫性能非常重要的應用領域，它仍然是性能最好的磁體。
科學家們最初試圖測試用鐵代替部分鈷的極限，試圖製造出一種強度堪比釹硼鐵(Nd-Fe-B)磁鐵的Sm-Co磁鐵，釹硼鐵(Nd-Fe-B)磁鐵的磁矩更高。埃姆斯實驗室科學家、預測CMI磁各向異性項目負責人Durga Paudyal說：關鍵材料研究所(CMI)計劃之一是發現了強度堪比釹磁體的材料，但又具有釤磁體的高溫耐久性，研究希望增加標準的Sm-Co磁鐵磁矩。
這項合作研究發現，鐵的替代品可以達到20%，保持磁鐵的矯頑力不變。計算理論和建模結果表明，釤在材料中的電子結構可能違反了洪德定則，該定律預測了電子在原子結構中如何占據可用軌道。這項研究成果將有助於科學家們釐清稀土材料的磁性參數，並有助於加速未來潛在有用磁鐵的發現。
從理論上和實驗上研究了無鐵和鐵取代SmCo5的結構和磁性能，通過快速凝固製備的SmCo5−xFex(0≤x≤2)納米晶帶在x≤0.75時在CaCu5六角形結構中結晶。Fe添加量(x=0.25)顯著地提高了矯頑力，從0.45 T到2.70 T，將其解釋為內在和外在效應的結合。大多數發現與過去的釤鈷研究一致，但也有一些與幾十年來通過稀土過渡金屬研究而得到的發現相矛盾。
特別地，本研究的科學家們用哈伯德參數計算局部自旋密度近似表明，Sm原子的電子結構違反了洪德定則，軌道矩被強猝滅。研究還討論了理論與實驗之間存在明顯分歧的可能原因，明確地確定了sm4f電荷分布的依賴性，認為準確地描述SmCo5密度函數是未來研究的一個挑戰。
博科園｜研究/來自：艾姆斯實驗室
參考期刊《物理評論B》
DOI: 10.1103/PhysRevB.100.024419
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