L'optimisation des performances des matériaux magnétiques doux nécessite une compréhension de la nanostructure et la prise en compte de la composition locale de chaque phase. Les chercheurs ont réussi à corréler l'état de cristallisation de l'alliage à la composition locale avec un nouveau bilan de masse. L'alliage de composition (Fe 65 Co 35 ) 79,5 B 13 Si 2 Nb 4 Cu 1.5 a été synthétisé puis traité thermiquement par le groupe de recherche du professeur Michael McHenry de l'Université Carnegie Mellon. La tomographie par sonde atomique (APT) a ensuite été utilisée pour caractériser les différentes étapes de cristallisation en EMSL, le Laboratoire des sciences moléculaires de l'environnement. APT a produit des cartes atomiques 3D de tous les constituants de l'alliage (voir la couverture IEEE Transactions on Magnetics). Les concentrations locales d'éléments obtenues par APT ont ensuite été utilisées dans des bilans de masse (quantification des formateurs de verre dans des nanocristaux, enrichissement des verriers, et épuisement du fer et du cobalt dans la phase amorphe).

Les matériaux magnétiques doux ne conservent pas leur magnétisme lorsqu'ils sont retirés d'un champ magnétique et sont largement utilisés pour construire des composants magnétiques pour moteurs, groupes électrogènes, et l'électronique de puissance. "Soft" fait référence à leur faible coercivité, ce qui signifie qu'ils peuvent être facilement magnétisés ou démagnétisés. Le défi consiste à développer des voies évolutives pour produire des quantités en vrac de matériau magnétique doux tout en conservant les caractéristiques uniques à l'échelle nanométrique responsables des propriétés magnétiques douces souhaitables.

L'amélioration des performances des matériaux magnétiques doux en vrac peut avoir un impact important sur la conversion de puissance et les machines électriques, car 30 % de l'électricité consommée aux États-Unis est utilisée par des moteurs électriques, et 80 % de toute l'électricité produite devrait passer par l'électronique de puissance d'ici 2030. Les matériaux magnétiques doux à hautes performances peuvent grandement améliorer l'efficacité de la production d'électricité. Par exemple, une augmentation de 1 % de l'efficacité de la production d'énergie grâce à des matériaux magnétiques doux avancés peut entraîner des économies d'énergie de 159 TWh.

Un objectif de la MS ³ L'initiative est de développer des méthodes pour produire des matériaux nanostructurés en vrac en utilisant des des processus rentables basés sur une compréhension des principes scientifiques qui sous-tendent ces processus. Le PNNL utilise de nouvelles techniques de traitement pour produire des matériaux nanostructurés en vrac avec des caractéristiques de taille nanométrique pour une utilisation dans l'électronique de puissance (aimants mous), récupération de l'énergie des déchets (thermoélectrique), et voitures/camions légers (matériaux de structure). Ces techniques pourraient révolutionner notre capacité à fabriquer des matériaux performants.