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Magnetische Spinpolarisation an einer Korngrenze in einem ferromagnetischen Metall auf atomarer Skala.

Entwicklung neuer Dauermagnete

High-Throughput-Screening zur Entwicklung neuer Dauermagnete

Das dynamische Wachstum der Branchen Elektromobilität und Erneuerbare Energien hat die Nachfrage nach starken Dauermagneten, die aus Seltenerdmetallen (rare earths, RE) und Übergangsmetallen (transition metals, TM) bestehen, deutlich erhöht. Aufgrund der damit verbundenen Verknappung von RE-Ressourcen werden neue intermetallische RETM-Phasen mit guten magnetischen Eigenschaften gesucht, die aus nachhaltigen und kostengünstigen Rohstoffen bestehen und weniger von einzelnen RE-Elementen abhängen.

Die Kristallstrukturen der häufigsten Dauermagnete wie Nd2Fe14B sind Varianten der »topologisch dicht gepackten« (TCP) Phasen. Diese TCP-Phasen bieten viele Möglichkeiten für neue magnetische Phasen: RE-Atome werden so mit TM-Atomen umgeben, dass sich große, richtungs- und temperaturstabile magnetische Momente ausbilden. Solche Magnete sollen die Lücke zwischen kostengünstigen Ferriten und Nd2Fe14B-Hochleistungsmagneten füllen und dabei möglichst geringe RE-Anteile haben.


Um die Vielzahl der möglichen RE-TM-Kombinationen systematisch auf gute hartmagnetische Eigenschaften hin zu durchsuchen, werden simulatorische und experimentelle High-Throughput-Screening-Methoden eingesetzt. Am Fraunhofer IWM werden mit einer schnellen Methode der Dichtefunktionaltheorie (DFT) intrinsische magnetische Eigenschaften, lokale magnetische Momente und effektive Austauschintegrale, für reale und hypothetische Magnetphasen berechnet beziehungsweise vorhergesagt. Literatur und Datenbanken liefern viele Kristallstrukturen für TCP-Phasen als Eingabedaten für die DFT-Simulationen. Es konnte bereits eine erste neue RE-TM-Phase theoretisch vorhergesagt und experimentell bestätigt werden. Dies deutet auf ein hohes Erfolgspotenzial der physikalischen Werkstoffmodellierung in Bezug auf neue leistungsstarke Dauermagnete hin.