科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種增強(qiáng)磁化強(qiáng)度和磁各向異性的潛在工具，使改進(jìn)釤鈷磁鐵的性能成為可能。美國能源部埃姆斯實(shí)驗(yàn)室關(guān)鍵材料研究所的科學(xué)家們與內(nèi)布拉斯加州材料和納米科學(xué)中心以及內(nèi)布拉斯加州大學(xué)物理和天文學(xué)系合作，確定了軌道瞬間猝滅是可能的工具，并根據(jù)釤原子電荷分布的依賴性對(duì)猝滅進(jìn)行了合理化。

Sm-Co磁體是第一個(gè)稀土永磁磁體，在抗退磁性能(其矯頑力)和高溫性能非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域，它仍然是性能最好的磁體。

科學(xué)家們最初試圖測(cè)試用鐵代替部分鈷的極限，試圖制造出一種強(qiáng)度堪比釹硼鐵(Nd-Fe-B)磁鐵的Sm-Co磁鐵，釹硼鐵(Nd-Fe-B)磁鐵的磁矩更高。埃姆斯實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家、預(yù)測(cè)CMI磁各向異性項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Durga Paudyal說：關(guān)鍵材料研究所(CMI)計(jì)劃之一是發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)度堪比釹磁體的材料，但又具有釤磁體的高溫耐久性，研究希望增加標(biāo)準(zhǔn)的Sm-Co磁鐵磁矩。這項(xiàng)合作研究發(fā)現(xiàn)，鐵的替代品可以達(dá)到20%，保持磁鐵的矯頑力不變。

計(jì)算理論和建模結(jié)果表明，釤在材料中的電子結(jié)構(gòu)可能違反了洪德定則，該定律預(yù)測(cè)了電子在原子結(jié)構(gòu)中如何占據(jù)可用軌道。這項(xiàng)研究成果將有助于科學(xué)家們厘清稀土材料的磁性參數(shù)，并有助于加速未來潛在有用磁鐵的發(fā)現(xiàn)。從理論上和實(shí)驗(yàn)上研究了無鐵和鐵取代SmCo5的結(jié)構(gòu)和磁性能，通過快速凝固制備的SmCo5?xFex(0≤x≤2)納米晶帶在x≤0.75時(shí)在CaCu5六角形結(jié)構(gòu)中結(jié)晶。Fe添加量(x=0.25)顯著地提高了矯頑力，從0.45 T到2.70 T，將其解釋為內(nèi)在和外在效應(yīng)的結(jié)合。

大多數(shù)發(fā)現(xiàn)與過去的釤鈷研究一致，但也有一些與幾十年來通過稀土過渡金屬研究而得到的發(fā)現(xiàn)相矛盾。特別地，本研究的科學(xué)家們用哈伯德參數(shù)計(jì)算局部自旋密度近似表明，Sm原子的電子結(jié)構(gòu)違反了洪德定則，軌道矩被強(qiáng)猝滅。研究還討論了理論與實(shí)驗(yàn)之間存在明顯分歧的可能原因，明確地確定了sm4f電荷分布的依賴性，認(rèn)為準(zhǔn)確地描述SmCo5密度函數(shù)是未來研究的一個(gè)挑戰(zhàn)。

博科園｜研究/來自：艾姆斯實(shí)驗(yàn)室

參考期刊《物理評(píng)論B》

DOI: 10.1103/PhysRevB.100.024419

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