Rekordverdächtiger neuer Supermagnet aus Seltenen Erden 

von | 27. Jan 2022 - 10:47 | Technologien

Dreimal stärker als der bisherige Rekordhalter: Auf Basis Seltener Erden haben Forscher ein neues, extrem magnetisches Molekül konstruiert. 

Zum ersten Mal ist es Wissenschaftlern gelungen, Atome von Seltenerdelementen (SEE) chemisch miteinander zu verbinden. Auf diese Weise haben sie den stärksten bekannten Magneten in molekularer Form geschaffen. Die Forschungsgruppe um Colin A. Gould von der University of California in Berkeley veröffentlichte ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Science, eine Zusammenfassung findet sich auf Spektrum.

Starker Magnetismus entsteht, wenn ein Stoff viele einzelne Elektronen enthält, denn jedes davon wirkt wie ein mikroskopisch kleiner Magnet. Bei Elektronenpaaren hebt sich der magnetische Effekt hingegen auf. Zudem müssen die ungepaarten Elektronen eine gemeinsame Ausrichtung haben. Die Atome von Seltenen Erden erfüllen diese Voraussetzungen, weil sie bis zu sieben ungepaarte Elektronen enthalten, die sich in die gleiche Richtung drehen. In gängigen Seltenerdmagneten kommen Metalle wie Eisen zum Einsatz, an das sich die Elektronen binden. Das verstärkt die gemeinsame Ausrichtung und somit den Gesamtmagnetismus. Würde man stattdessen zwei Seltenerdelemente wie Dysprosium oder Terbium koppeln, wäre der Effekt noch viel größer. Eine solche Verbindung erwies sich jedoch bislang als schwierig – das neu konstruierte Molekül stellt in dieser Hinsicht eine Premiere dar.

Doch auch hier ist der Bund zwischen den beiden SEE-Atomen so schwach, dass ein weiterer Stoff nötig ist. Drei Jodatome sind im Dreieck zwischen ihnen angeordnet und verstärken die Bindung. Ein ungepaartes Elektron genau zwischen den Seltenen Erden hilft außerdem dabei, dass alle weiteren einzelnen Elektronen die gleiche Ausrichtung einnehmen, was das gesamte Molekül enorm magnetisch macht. Allerdings verliert sich dieser Effekt bei steigenden Temperaturen vergleichsweise schnell.

Magnetstärke übersteigt gängige Messgeräte

Wie stark der neue Molekularmagnet ist, zeigte unter anderem die Messung der sogenannten Koerzitivfeldstärke. Je höher dieser Wert, desto schwerer ist es, einen Magneten durch ein äußeres Magnetfeld zu entmagnetisieren. Bei dem Test zeigte sich der neue Stoff weitaus widerstandsfähiger als andere bekannte Moleküle sowie handelsübliche Permanentmagneten: 25 Tesla – mehr als das Dreifache des bisherigen Rekords von 7,9 Tesla. Der Wert könnte sogar noch höher liegen, weil er nach Angaben der Forschenden die maximale Feldstärke gängiger Messapparate übersteige.

Startschuss für neue Generation von Supermagneten? 

Die Forschungsergebnisse könnten den Weg für neue leistungsstarke und zugleich leichte Dauermagneten ebnen, sagte Nicholas Chilton (University of Manchester) von der Forschungsgruppe gegenüber Chemical & Engineering News, auch wenn sich der Magnetismus nur bei niedrigen Temperaturen zeige. Er könne sich vorstellen, die Moleküle zu größeren Magneten zusammenzusetzen, die die heutigen Neodym-„Supermagneten“ weit übertreffen. Ebenso denkbar sind winzigste Datenspeicher im Nanobereich. Hier werden Informationen in einzelnen magnetischen Molekülen gespeichert.

Photo: iStock/GarryKillian

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