Des chercheurs du laboratoire Ames du département américain de l'Énergie ont découvert qu'ils pouvaient fonctionnaliser des matériaux magnétiques par une méthode tout à fait improbable, en ajoutant des quantités de l'élément pratiquement non magnétique scandium à un alliage gadolinium-germanium.

C'était tellement improbable qu'ils l'ont qualifié de « résultat expérimental contre-intuitif » dans leurs travaux publiés sur la recherche.

"Les gens ne parlent pas beaucoup de scandium quand ils parlent de magnétisme, parce qu'il n'y a pas eu beaucoup de raisons de, " a déclaré Yaroslav Mudryk, un scientifique associé au laboratoire Ames. "C'est rare, cher, et n'affiche pratiquement aucun magnétisme."

"La sagesse conventionnelle dit que si vous prenez le composé A et le composé B et les combinez ensemble, le plus souvent, vous obtenez une combinaison des propriétés de chacun. Dans le cas de l'addition de scandium au gadolinium, cependant, nous avons observé une anomalie brutale."

Des années de recherche explorant les propriétés des matériaux magnétocaloriques, remontant à la découverte de l'effet magnétocalorique géant dans les alliages de terres rares en 1997 par Vitalij Pecharsky et feu Karl Gschneidner, Jr., a jeté les bases d'une théorie informatique pour commencer à « chasser » les propriétés cachées dans les composés magnétiques des terres rares qui pourraient être découvertes en introduisant de petites quantités d'autres éléments, modifier la structure électronique des matériaux connus.

« À partir de calculs, nous avons projeté que le scandium pourrait apporter quelque chose de vraiment inhabituel à la table :nous avons vu un moment magnétique étonnamment grand se développer sur son seul électron 3d, " a déclaré Durga Paudyal, scientifique associée au laboratoire Ames. " C'est l'hybridation entre le gadolinium 5d et les états scandium 3d qui est la clé qui renforce le magnétisme avec le scandium et le transforme en un état ferromagnétique. "

"La recherche fondamentale met du temps à porter ses fruits. C'est un cas exemplaire lorsqu'il y a 20 ans notre équipe a commencé à étudier ce qu'on appelle les composés 5:4, " a déclaré le chef de groupe du laboratoire Ames et professeur distingué de l'Iowa State University, Vitalij Pecharsky. " Ce n'est que maintenant que nous en avons suffisamment appris sur ces matériaux uniques contenant des éléments de terres rares pour devenir non seulement à l'aise mais aussi précis pour prédire comment manipuler leurs propriétés à volonté. "

La découverte pourrait changer considérablement la façon dont le scandium et d'autres éléments non magnétiques « classiquement » sont considérés et utilisés dans la recherche et le développement de matériaux magnétiques, et crée éventuellement de nouveaux outils de contrôle, manipuler, et fonctionnaliser des composés magnétiques de terres rares utiles.

La recherche est discutée plus en détail dans le document, « Améliorer la fonctionnalité magnétique avec le scandium :briser les stéréotypes dans la conception de matériaux de terres rares », écrit par Yaroslav Mudryk, Durga Paudyal, Jing Liu, et Vitalij K. Pecharsky; et publié dans le Chimie des Matériaux .