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Astronomie|Physik Technik|Digitales

Forscher: Neue Legierung mit magnetisch-thermischen Formgedächtnis hergestellt

Ein ukrainisches Forscherteam des Instituts für Metallphysik in Kiev hat eine neuartige Legierung mit einem magnetisch-thermischen Formgedächtnis hergestellt. Die Form eines aus der Legierung bestehenden Körpers kann durch ein äußeres Magnetfeld verändert werden, und eine anschließende Erwärmung und Abkühlung bringt den Körper in seine ursprüngliche Form zurück. Darüber berichtet die Forschergruppe in dem Fachblatt Applied Physics Letters (Band 80 Seite 3533). Die Legierung könnte unter anderem in hochempfindlichen Wärme- und Magnetfeldsensoren angewendet werden.

Die aus den Elementen Nickel, Mangan und Gallium bestehende Legierung zeichnet sich durch das gleichzeitige Vorhandensein eines thermischen und eines magnetischen Formgedächtnisses aus. In ihrem Experiment setzten die Wissenschaftler um Valentin Gavriljuk zunächst einen aus der Legierung aufgebautem Körper einem äußeren Magnetfeld aus, um dessen mikroskopische Domänen (die kleinsten Kristallstrukturen mit homogener Magnetisierung) daran auszurichten. In einem zweiten Schritt wurde das Magnetfeld abgeschaltet und ein neues, senkrecht zu dem ursprünglichen Feld gerichtetes Feld eingeschaltet. Dies führte zu einer Neuausrichtung der magnetischen Domänen und hatte eine Ausdehnung des Körpers um 3.83 Prozent in Richtung des ursprünglichen Feldes zu Folge.

Eine anschließende Erwärmung des Körpers um ungefähr einhundert Grad Celsius führte zu einer Längenkontraktion um 1,43 Prozent entlang der Streckungsrichtung, und die darauf folgende Abkühlung auf die Ausgangstemperatur brachte eine weitere Kontraktion um 2,4 Prozent mit sich ? der Körper befand sich wieder in seiner Ausgangsform. Damit war die Demonstration des magnetisch-thermischen Formgedächtnisses geglückt ? eine Temperaturveränderung hatte eine durch ein Magnetfeld ausgelöste Formveränderung in reversibler Weise rückgängig gemacht.

Materialien mit magnetischem Formgedächtnis zeichnen sich durch eine kristallographische Achse bevorzugter Magnetisierung aus, welche sich entlang des äußeren Magnetfeldes anordnet und somit zu einer Formänderung führt. Dieser Prozess ist reversibel und kann durch ein in einer anderen Raumrichtung orientiertes Feld rückgängig gemacht werden. Derartige Prozesse fanden in dem ersten Teil des Experiments des Forscherteams statt. Die Erhitzung der Legierung führte nun zu einem Phasenübergang an dem sogenannten Curiepunkt der Legierung. Die durch das Magnetfeld verursachte Ausrichtung der Domänen ist in der neuen Hochtemperaturphase nicht stabil, so dass sich diese neu anordnen ? die Form der Legierung veränderte sich abermals. Die ukrainischen Forscher bauten die Legierung nun genau so auf, dass sich die thermischen und magnetischen Formeffekte kompensieren ? eine beeindruckende Leistung auf dem Gebiet der Herstellung sogenannter „intelligenter? Materialien (smart materials).

Stefan Maier
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te|ta|nisch  〈Adj.〉 in der Art des Tetanus, starrkrampfartig

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