Zameranie

Výskumné aktivity Oddelenia Aplikovaného Magnetizmu a Nanomateriálov (OAMN) sú zamerané na  vývoj a charakterizáciu nových magnetických materiálov s potenciálnym využitím v technickej praxi. Zvláštna pozornosť je venovaná systémom, ktorých základné stavebné jednotky majú veľkosť 1-100 nanometrov.

V centre nášho dlhodobého záujmu sú nanokryštalické kovové zliatiny na báze železa pripravované metódou kontrolovanej kryštalizácie z amorfných prekurzorov, ktoré vykazujú okrem vysokých hodnôt magnetickej indukcie i mimoriadne dobré magneticky mäkké vlastnosti (vysoká hodnota permeability a nízka hodnota koercitívneho poľa a premagnetizačných strát). Táto kombinácia z nich robí atraktívne materiály pre využitie vo viacerých technických aplikáciách ako sú napr. vysokofrekvenčné transformátory, magnetické senzory, rôzne komponenty telekomunikačných a elektronických zariadení, magnetické tienenie a iné. S ohľadom na potenciálne využitie týchto materiálov pri zvýšených teplotách, zaujímavé výsledky boli dosiahnuté po substitúcii časti atómov železa atómami kobaltu. V takýchto zliatinách sme dosiahli stabilitu dobrých magneticky mäkkých vlastností až do teplôt prevyšujúcich 500 °C a naviac po ich tepelnom spracovaní v magnetickom poli sme získali materiál s rekordne nízkou hodnotou koercitívneho poľa pre nanokryštalické zliatiny typu HITPERM.

HRTEM snímka nanokryštalickej FeNiNbB zliatiny

Časť výskumných aktivít OAMN je venovaná magneticky tvrdým nanokompozitným zliatinám na báze Fe(Co)PtNbB. Za výborné magneticky tvrdé charakteristiky týchto materiálov je zodpovedná tetragonálna FePt fáza s extrémne vysokou magnetokryštalickou anizotropiou. Magneticky tvrdý nanokryštalický materiál na báze FePt vykazuje viac než milión krát väčšiu hodnotu korcitívneho poľa v porovnaní s nanokryštalickou zliatinou na báze FeNi.

Aktivity OAMN sú orientované i na vývoj nových materiálov pre magnetickú refrigeráciu. Táto netradičná technika chladenia je založená na využití magnetokalorického efektu, ktorý sa prejavuje v adiabatických podmienkach ako zmena teploty materiálu v dôsledku zmeny vonkajšieho magnetického poľa. Keď je magnetický materiál vystavený pôsobeniu vonkajšieho magnetického poľa, potom redukcia entropie magnetických spinov má za následok nárast entropie mriežky, čo sa prejaví rastom teploty. Na druhej strane demagnetizácia materiálu má za následok pokles teploty. Naše výsledky ukázali, že viaceré systémy ultrajemných superparamagnetických častíc vykazujú perspektívne magnetokalorické vlastnosti. Spojením spinov do superparamagnetického klastra, sa magnetické momenty nasmerovávajú do smeru pôsobiaceho poľa ľahšie ako u paramagnetických systémov, a pre určité hodnoty rozmerov klastrov, poľa a teploty sa entropia spinov môže pôsobením vonkajšieho poľa ľahko meniť. V OAMN sú vyvíjané nové systémy zliatin bohaté na prechodové kovy, ktoré sa vyznačujú relatívne nízkou cenou, dobrou chemickou stabilitou a možnosťou nastavenia maximálnej odozvy voči demagnetizácii v širokom teplotnom intervale čo z nich robí zaujímavých kandidátov pre magnetické chladenie pri izbovej teplote.

OAMN patrí medzi zakladajúcich členov európskeho konzorcia GAMAS zameraného na aplikáciu magnetických polí vo fyzikálnom inžinierstve. Aktivity laboratória v tomto konzorciu sú orientované na tepelné spracovanie materiálov v magnetickom poli „magnetické žíhanie“, ktoré sa dá využiť pre cielenú modifikáciu funkčných vlastností materiálov. Jedným z našich konkrétnych cieľov v tejto oblasti je vývoj nových materiálov pre magnetické senzorové systémy.