Gli scienziati del Tokyo University of Science hanno svelato i meccanismi alla base delle proprietà magnetiche potenziate di una nuova lega di ferro-cobalto ottimizzata con iridio e identificata tramite l’apprendimento automatico.
I ricercatori del Tokyo University of Science hanno scoperto le proprietà magnetiche di una lega di ferro-cobalto ottimizzata con iridio e identificata tramite l’apprendimento automatico che potrebbe portare allo sviluppo di motori elettrici e sensori magnetici.
I materiali magnetici sono diventati indispensabili per varie tecnologie che supportano la società moderna, come dispositivi di archiviazione dati, motori elettrici e sensori magnetici. I ferromagneti ad alta magnetizzazione sono particolarmente importanti per lo sviluppo di spintronica di nuova generazione, sensori e tecnologie di archiviazione dati ad alta densità. Tra questi materiali, la lega di ferro-cobalto (Fe-Co), ottimizzata con iridio (Ir) (Fe-Co-Ir) e identificata tramite apprendimento automatico, ha dimostrato di possedere grandi momenti magnetici, superando persino quelli delle leghe Fe-Co convenzionali.
Ora la sfida è identificare la fonte di queste proprietà magnetiche migliorate, in particolare, l’effetto del dopaggio con Ir sulle proprietà magnetiche delle leghe Fe-Co.
Il nuovo approccio, sviluppato dal team della Tokyo University of Science (TUS), ha visto l’impiego di dicroismo circolare magnetico a raggi X ad alta produttività (XMCD) su film sottili monocristallini classificati in base alla composizione.
L’origine dei miglioramenti
I risultati della ricerca della Tokyo University of Science hanno rivelato miglioramenti significativi nei momenti magnetici sia di Fe che di Ir dovuti al dopaggio Ir. Il momento magnetico di Fe è aumentato di 1,44 volte e Ir di 1,54 volte a una concentrazione di Ir dell’11% at rispetto a quella a una concentrazione di Ir dell’1%. Per convalidare ulteriormente e comprendere l’origine di questi miglioramenti, il team di ricercatori ha condotto calcoli ab initio. Fe e Co appartengono a una classe di elementi noti come metalli di transizione 3d, in cui i loro elettroni più esterni occupano gli orbitali atomici 3d, mentre Ir appartiene ai metalli di transizione 5d.
L’analisi teorica ha supportato i risultati sperimentali e ha rivelato che l’aggiunta di Ir porta a una maggiore localizzazione degli elettroni e a un più forte accoppiamento spin-orbita tra gli elettroni 3d di Fe e Co e gli elettroni 5d di Ir. Questa interazione si traduce in momenti magnetici migliorati, principalmente attraverso maggiori contributi di momenti magnetici orbitali.
“I risultati evidenziano il ruolo critico di Ir nel migliorare le proprietà magnetiche delle leghe Fe-Co-Ir. ll nostro flusso di lavoro di valutazione dei materiali ad alta produttività e il metodo di analisi teorica fungeranno da base per la progettazione di materiali ferromagnetici ad alte prestazioni. Ciò potrebbe portare allo sviluppo di motori elettrici altamente efficienti e dispositivi di archiviazione dati ad alta densità di nuova generazione, che potrebbero in ultima analisi ridurre l’impatto ambientale e contribuire a una società più sostenibile” osserva il professore associato professore associato Takahiro Yamazaki.
