25.10.2022

Einblicke in hochentropische Materialien

Magnetische Eigenschaften einer vielseitigen Legierung untersucht.

Hochentrope Legierungen (HEAs) sind vielver­sprechende Materialien für Katalyse und Energie­speicherung. Gleichzeitig sind sie extrem hart, hitze­beständig und vielseitig in ihrem magnetischen Verhalten. Nun hat ein Team an Bessy II in Zusammenarbeit mit der Ruhr-Universität Bochum, der BAM, der Freien Universität Berlin und der Universität Lettland neue Erkenntnisse über die lokale Umgebung einer hoch­entropischen Cantor-Legierung aus Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel gewonnen. Damit lassen sich auch die magnetischen Eigenschaften eines nano­kristallinen Films dieser Legierung teilweise erklären.

Abb.: Die untersuchte Cantor-Legierung besteht aus Chrom (grau), Mangan (rosa),...
Abb.: Die untersuchte Cantor-Legierung besteht aus Chrom (grau), Mangan (rosa), Eisen (rot), Kobalt (blau) und Nickel (grün). Röntgen­methoden ermöglichen es, jede einzelne Komponente element­spezifisch zu untersuchen. (Bild: A. Kuzmin, U. Latvia / A. Smekhova, HZB)

Hoch­entropie-Legierungen bestehen aus mindestens fünf verschiedenen metallischen Elementen und bieten eine große Vielfalt an potenziellen Anwen­dungen. Da ihre makroskopischen Eigenschaften stark von interatomaren Wechselwirkungen abhängen, ist es interessant, die lokale Struktur und strukturelle Unordnung um jedes einzelne Element herum mit element­spezifischen Techniken zu untersuchen. Nun hat ein Team eine Cantor-Legierung untersucht – ein Modellsystem für die Hochentropie­effekte auf der lokalen und makro­skopischen Skala.

Dafür nutzte das Team die Mehrkanten-Röntgenabsorptions­spektroskopie (EXAFS) am Synchrotron Bessy II. Die magne­tischen Eigenschaften der einzelnen Elemente der Legierung wurden zusätzlich mit der Technik des Röntgen­magnetischen Zirkular­dichroismus (XMCD) untersucht. Mit konventioneller Magnetometrie wurden magnetische Phasen­übergänge nachgewiesen sowie Anzeichen für eine komplexe magnetische Ordnung entdeckt, in der verschiedene magnetische Phasen koexistieren. Insbesondere untersuchte das Team auch einen nano­kristallinen Film aus dieser Legierung. Die Ergebnisse zeigen im Vergleich zu einer massiven Probe einige Gemeinsamkeiten, etwa bezogen auf die Gitter­relaxationen um bestimmte Elemente herum und ein immer noch faszinierendes magne­tisches Verhalten, die mit dem makro­skopischen magnetischen Verhalten des Films übereinstimmen.

„Hochentrope Legierungen sind eine extrem vielfältige und spannende Material­klasse“, sagt Alevtina Smekhova, Physikerin am HZB. „Indem wir das Verhalten einzelner Komponenten auf atomarer Ebene untersuchen, gewinnen wir wertvolle Hinweise für die weitere Entwicklung neuer komplexer Systeme mit der gewünschten Multi­funktionalität.“
 

HZB / JOL

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