Mokslo ir technologijų pasaulis

Retieji žemės elementai yra brangūs, bet būtini stiprių nuolatinių magnetų komponentai. Vis dėlto jų poreikį šiam tikslui galima sumažinti. Būtent tai pavyko pademonstruoti Austrijos mokslo fondo finansuojamais kompiuteriniais modeliavimais.

Gauti rezultatai rodo, jog tokie magnetai gali turėti vietinių kristalinės gardelės deformacijų. Tokios deformacijos yra išsidėsčiusios medžiagą sudarančių grūdelių sandūrose, todėl Sankt Polteno taikomųjų mokslų universitete (Austrija) atlikti skaičiavimai atskleidžia, kad šiose srityse susilpnėja medžiagos kuriamas magnetinis laukas. Tokio reiškinio būtų galima išvengti optimizavus medžiagos sandarą – tai savo ruožtu leistų sutaupyti dalį išteklių, mat reikėtų mažesnio retųjų žemės elementų kiekio.

Kasmet retųjų žemės elementų išgaunama apie 150 tūkst. tonų, todėl sunkoka juos vadinti retaisiais. Vis dėlto daugiausia rūpesčių sudaro šių medžiagų išgavimo proceso sudėtingumas. Tačiau nuolat augant retųjų žemės elementų poreikiui, ateityje jų stoka neišvengiama. Dėl savo ypatingų cheminių savybių šios medžiagos itin paklausios moderniųjų aplinkos technologijų pramonėje, todėl nenuostabu, jog pagrindinis jų eksportuotojas – Kinija – riboja eksporto kvotas. Iš kitos pusės, tai puiki paskata kitoms šalims optimizuoti retųjų žemės elementų naudojimą. Čia galėtų pagelbėti sudėtingi kompiuteriniai modeliavimai – tokie, kaip atlikti minėtame Sankt Polteno universitete.

Šio universiteto tyrėjų komanda nagrinėjo tikslią neodimo magnetų sandarą. Be retojo žemės elemento neodimo, magnetus dar sudaro geležis ir boras. „Mūsų modeliavimai rodo kristalinės neodimo magnetų sandaros iškraipymus, – teigia tyrimams vadovavęs profesorius Tomasas Šreflas (Thomas Schrefl). – Dėl tokių iškraipymų pakinta šių sričių magnetinio lauko orientacija. Vadinamajame anizotropiniame magnete, kaip kad mūsiškiame, visos jo dalys turi pasižymėti tos pačios orientacijos magnetiniu lauku, nes kitaip bendras magnetizmas susilpnės“.

Mokslininkų kompiuteriniai modeliavimai atskleidžia, kad tokie iškraipymai, kokie stebimi atskirų medžiagos grūdelių sandūrose, atsiranda, kuomet susiduria trys skirtingi grūdeliai. Tada triguboje sandūroje susidaro nemagnetinis apgaubas, o kristalinė gardelė tokio apgaubo aplinkoje sutrikdoma. Be to, dėl stipraus demagnetizuojančio lauko poveikio susilpnėja bendras medžiagos magnetizmas.

Iškraipymų įtaka magnetų elgesiui buvo nagrinėta taikant įvairius mastelius: nuo atominio iki matomo žmogui. Įprastiniai modeliavimo būdai nebūtų susitvarkę su tokio sudėtingumo užduotimis, todėl tyrėjai panaudojo kelių atskirų skaitmeninių metodų derinį.

„Mes siekiame tiksliau aprašyti koreliuotą elektronų judėjimą, – pasakoja kitos grupės narys profesorius Georgas Kresis (George Kresse). – Būtent ši elektronų koreliacija daugiausia įtakoja kietųjų kūnų ir molekulių sankibą, todėl tikslus jos aprašymas būtinas, norint tinkamai nustatyti mechanines, elektronines ir optines medžiagų savybes“.

Panašiose medžiagų tyrimo srityse iš viso darbuojasi 12 Austrijos mokslo fondo finansuojamų mokslininkų grupių. Tikimasi, kad tyrėjai pasieks neblogų laimėjimų, kurie padės pagerinti mikroelektronikos ir saulės energijos technologijas bei polimerų gamybą. Be to, mokslininkai tobulina didelio našumo nuolatinius magnetus, naudojamus elektromobiliuose ir vėjo turbinose, taip prisidėdami prie žaliųjų ateities technologijų plėtros.