Les matériaux magnétiques sont partout :dans les moteurs, éoliennes, les appareils électroniques et les réfrigérateurs, les matériaux ayant de meilleures propriétés magnétiques sont donc hautement souhaitables. Les chercheurs de la TU Delft, Biswanath Dutta et Fritz Körmann du département de science et ingénierie des matériaux, ont révélé un mécanisme permettant d'améliorer les propriétés magnétiques d'une classe relativement nouvelle d'alliages multicomposants appelés HEA. Leurs travaux sont publiés cette semaine dans Matériaux fonctionnels avancés .

Les alliages à haute entropie (HEA) ont été proposés pour la première fois il y a environ 15 ans et depuis lors, ont suscité beaucoup d'intérêt au sein de la communauté des sciences des matériaux en raison de leur excellente physique, propriétés mécaniques et fonctionnelles, par ex. plus de force, propriétés magnétiques prometteuses, et une meilleure résistance à la rouille et à la corrosion. "L'objectif de ce projet était de trouver de nouveaux mécanismes avec lesquels nous pourrions améliorer les propriétés magnétiques d'un HEA, " dit Dutta. " Et pour ce faire, il faut jouer avec la chimie donc changer la composition de l'alliage."

Contrairement aux alliages traditionnels, qui se composent généralement d'un composant principal avec une petite quantité d'un autre élément ajouté, par ex. acier, qui est un alliage de fer mélangé à 1% de carbone, Les HEA se composent de cinq éléments ou plus dans des proportions plus ou moins égales. Dans cette étude, l'équipe s'est amusée avec la composition d'un FeCoNiMnCu HEA, qui contient du fer, cobalt, nickel, manganèse et cuivre. "Nos collègues du Max-Planck-Institut für Eisenforschung en Allemagne ont chauffé ce matériau à une température fixe particulière pendant différentes durées, " dit Dutta. " Et ils ont remarqué deux choses :l'une était que le fait de chauffer le HEA pendant 240 heures améliorait ses propriétés magnétiques. Et deux, que dans le matériau, les différents éléments sont devenus séparés dans différentes régions au sein de l'alliage."

En utilisant ces informations, Dutta a effectué des simulations théoriques et a finalement pu expliquer pourquoi, après un chauffage prolongé, vous obtenez des propriétés magnétiques améliorées :"Le cuivre n'aime pas faire un mélange homogène solide avec les autres éléments et donc plus vous chauffez l'échantillon, plus le cuivre essaie de se séparer des quatre autres éléments, menant à différentes régions avec des compositions différentes, par exemple, une région riche en fer-cobalt et une région riche en cuivre." Ces différentes régions ont des volumes inégaux provoquant ce que l'on appelle une contrainte de cohérence entre un plus grand et un plus petit volume. "Et si l'une de ces régions est particulièrement importante pour les propriétés magnétiques, une expansion de volume peut améliorer ces propriétés magnétiques."

Il y a donc en fait deux mécanismes à l'œuvre ici :l'un est la formation de deux régions avec des compositions chimiques différentes - un phénomène connu techniquement sous le nom de décomposition spinodale - et l'autre facteur est la différence de volume qui en résulte et donc le stress de cohérence entre les différentes régions.

Avec une meilleure compréhension de ces mécanismes, les chercheurs peuvent commencer à étudier d'autres HEA magnétiques et alliages à plusieurs composants pour déterminer si ce même comportement se produit, entraînant une amélioration de leurs propriétés magnétiques. "Ce concept d'essayer d'améliorer les propriétés magnétiques par décomposition spinodale est très nouveau, " dit Dutta, "Et ces nouveaux mécanismes nous aideront à trouver de nouveaux matériaux magnétiques pour une utilisation potentielle dans, par exemple, des systèmes de réfrigération basés moins sur les gaz et plus sur des matériaux magnétiques à l'état solide qui seront beaucoup plus respectueux de l'environnement."