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.
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
