Distanța dintre atomi prezice starea magnetică a aliajelor complexe mai bine decât numărul de electroni
Cercetătorii au descoperit că parametrul rețelei cristaline este un indicator structural mai fiabil pentru determinarea stării magnetice fundamentale în compușii intermetalici complecși de tip Tsai, depășind capacitatea predictivă a raportului electroni per atom (e/a), utilizat până acum în mod convențional.
Studiul, publicat în Journal of the American Chemical Society, a fost condus de cercetători de la Universitatea de Știință din Tokyo și de la Universitatea Tohoku. Echipa a sintetizat o familie de cristale aproximante 1/1 pe bază de aur și aluminiu sau galiu, conținând pământuri rare precum terbiu, disprosiu și holmiu, și le-a analizat sistematic proprietățile structurale și magnetice.
Analiza a relevat o corelație inversă aproape monotonă între raportul electroni per atom și parametrul rețelei. Mai important, stările magnetice fundamentale s-au organizat cu precizie ridicată în funcție de dimensiunea rețelei cristaline, în timp ce clasificarea bazată pe numărul de electroni a prezentat variații sistematice în funcție de elementul de pământ rar și de compoziția aliajului.
Rezultatele experimentale au stabilit praguri clare: compușii prezintă o stare antiferomagnetică de tip „whirling” la parametri ai rețelei peste aproximativ 14,72 Å, o stare feromagnetică de tip „whirling” între 14,62 și 14,72 Å și o stare de spin-glass sub aproximativ 14,62 Å. Această anizotropie magnetică puternică este generată de câmpul electric cristalin, care favorizează orientări specifice ale momentelor magnetice.
Structura compușilor de tip Tsai este alcătuită din clustere cu multiple straturi concentrice, inclusiv triacontaedru rombic, icosidodecaedru, icosaedru, dodecaedru și tetraedru interior. Atomii de pământuri rare ocupă poziții icosaedrice și furnizează momentele magnetice responsabile de răspunsul magnetic al acestor materiale.
Descoperirea oferă o hartă magnetică unificată care poate servi drept ghid practic pentru explorarea sistematică a noilor quasicristale magnetice și a cristalelor aproximante, precum și pentru proiectarea de materiale cu stări magnetice fundamentale țintite. Concluziile indică faptul că scalele structurale de lungime, alături de concentrația electronică, ar trebui luate în considerare în mod explicit în studiul interacțiunilor magnetice mediate de electronii de conducție în aliajele complexe.
