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Gegensätze ziehen sich an, Gleiches stößt sich ab. Richtig – wir reden von Magneten. Das Geheimnis derer Anziehungskräfte liegt in ihrem Inneren; in Teilen ihres Aufbaus, die mit dem bloßen Auge nicht sichtbar sind. Genau diese Strukturen untersuchen Andreas Michels und seine Kollegen Frank Döbrich, Dirk Honecker und Jens-Peter Bick an der Universität Luxemburg.

Magnete haben eine Unmenge an Einsatzgebieten: So findet man sie in den Elektromotoren von Hybrid-Autos, in Lautsprechern, Mikrofonen und Kopfhörern, im Mikrowellenherd oder auch im Innern von Computerfestplatten.

Logischerweise werden sie für diese Anwendungen in den verschiedensten Größen und Stärken benötigt. Genau da zeigt sich die Wichtigkeit der Arbeit von Michels und Kollegen. Sie erforschen, wie gewisse Veränderungen in der Struktur von Metallen ihre magnetischen Eigenschaften beeinflussen.

Bereits kleinste Änderungen können einen großen Effekt haben

Die Wissenschaftler wissen, dass bereits kleinste Änderungen in der Kristallstruktur der Magnete große Auswirkungen haben können. Genau welche Struktur welche Eigenschaft bedingt, ist allerdings weniger bekannt.

Eben hier will die Gruppe etwas Licht ins Dunkel bringen. Struktur und Zusammensetzung der Magnete lassen sich nämlich manipulieren: Kennt man das Zusammenspiel zwischen Aufbau und Eigenschaften, kann man relativ einfach maßgeschneiderte Magnete herstellen.

Supermagnete aus Seltenerdmetallen

Das Team um Michels interessiert sich besonders für Magnete aus Seltenerdmetallen. Diese so exotisch klingenden Stoffe wie Erbium, Terbium oder Neodym sind die Grundlage zu einigen der stärksten Magnete, die wir kennen. Bereits das Beimengen von Seltenerdmetallen macht andere Magnete ‚stärker’, vorausgesetzt die Mischung stimmt.

Ein Grund dafür ist die sehr hohe Koerzitivität der Seltenerdmetalle, d.h. ihre Fähigkeit, der Entmagnetisierung zu widerstehen. Sie ist eine der Eigenschaften, die sich durch Änderungen in der inneren Struktur der Metalle verbessert oder verschlechtert.

Unter Neutronenbeschuss geben die Magnete so manches Geheimnis preis

Michels und sein Team experimentieren sowohl mit Seltenerdmetallen in ihrer puren Form als auch mit Mischungen, wie z.B. Neodym-Eisen-Bor Legierungen. Sie stellen verschiedene Proben her, die dann (u.A.) mit magnetischer Neutronenstreuung untersucht werden (siehe Infobox).

Nebst ihrer Forschung an den magnetischen Materialien selbst ist auch die Weiterentwicklung einer relativ neuen und vielversprechenden Untersuchungs-Methode eine Aufgabe, der sich die Gruppe stellt: Michels und Kollegen feilen an der Verbesserung des sogenannten spinaufgelösten Streuquerschnitts.

Mit dieser Technik kann man Änderungen in der Ausrichtung des Magnetmomentes der Neutronen messen. Damit eröffnet sich den Wissenschaftlern eine ganz neue Informationsquelle zu den magnetischen Eigenschaften eines Materials.

Autor: Liza Glesener
Foto: © Alexander Limbach/Shotshop.com

Infobox

Wie entsteht ein Magnet?

Jedes Material besteht aus Atomen; diese wiederum bestehen aus einem Kern, um den sich Elektronen drehen.  Drehung und elektrische Ladung gemeinsam verursachen ein winziges Magnetmoment.

Man kann sich diese Magnetisierung vorstellen wie einen Pfeil, der in irgendeine Richtung zeigt: Bei Atom x zeigt er nach links, beim Nachbar-Atom nach rechts, bei einem dritten Atom wiederum nach unten...

Sind die Pfeile alle in verschiedene Richtungen gedreht, geschieht nicht viel: Die Magnetkräfte ziehen in verschiedene Richtungen und heben sich so gegenseitig auf.

Permanentmagnete

Bei einigen Materialien – und dazu gehören auch Eisen und Seltenerdmetalle – kann man die Pfeile alle gleich ausrichten, indem man das Material einem starken Magnetfeld aussetzt. Ziehen nun alle Pfeile im Inneren in die gleiche Richtung, wird auch das Material selbst magnetisch.

Bleibt dies über längere Zeit so erhalten, auch ohne das äußere Magnetfeld, dann spricht man von einem Permanentmagneten.

Magnetische Neutronenstreuung

Bei der magnetischen Neutronenstreuung wird, ganz vereinfacht, eine Materialprobe mit Neutronen, einer Art Elementarteilchen, beschossen.

Magnetische Neutronenstreuung beruht auf zwei Grundeigenschaften. Erstens sind Neutronen, wie der Name es bereits vermuten lässt, elektrisch neutral und werden daher auch nicht durch elektrische Ladungen aus der Bahn gebracht. Dies verleiht ihnen die Fähigkeit, tief in Materialien einzudringen.

Zweitens sind sie aber auch winzige Magnete. Dies bedeutet, dass Magnetmomente in einem Material sie also vom rechten Weg abbringen können (z.B. wenn zwei gleiche Pole sich abstoßen).

Die Forscher können aus der veränderten Flugbahn der Neutronen wertvolle Schlüsse zur Beschaffenheit des durchschossenen Materials ziehen.

 

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