Edmund Stoner werkte tussen de jaren 30 en 60 aan de universiteit van Leeds
Het Stoner-criterium vertelt of een metaal (ferro)magnetisch is of niet. Dat hoeft niet bij het oud vuil, maar onderzoekers van de universiteit van Leeds (GB) hebben een manier gevonden door het veranderen van kwantumwisselwerkingen niet-magnetische metalen toch magnetisch te maken. Volgens onderzoekster Fatma Al Ma’Mari opent die truc mogelijkheden om in plaats van de natuurlijke magnetische metalen, minder schaarse of minder giftige metalen te gebruiken als magneten zoals koper en koolstof. Slechts drie metalen zijn van nature ferromagnetisch: ijzer, kobalt en nikkel.
Magneten worden in vele toepassingen gebruikt, in harde schijven, beeldtechnieken en energieopwekking, om maar een paar toepassingsgebieden te noemen. Al Ma’Mari: “Nieuwe technieken, zoals kwantumcomputers, zullen magneten vragen met bijzondere eigenschappen. Ons onderzoek is een stap in de richting van die magnetische metamaterialen die daaraan kunnen voldoen.” Slechts drie metalen zijn, zoals gezegd, ferromagnetisch. Dat betekent als die materialen gemagnetiseerd zijn door een extern veld, ze ook magnetisch blijven, in tegenstelling tot paramagnetische materialen. Nou zijn dat, zeker ijzer, geen heel schaarse materialen, maar nikkel en kobalt hebben zo hun nare kantjes. Onderzoeker Tim Moorsom noemt nog een ander argument. “Zo’n kleine groep beperkt de mogelijkheden een magnetisch systeem aan te passen aan de eisen zonder zeldzame of giftige materialen te gebruiken.”
Het Stoner-criterium bepaalt of een metaal ferromagnetisch is of niet. Edmund Stoner heeft (vooral) in de eerste helft van de vorige eeuw in Leeds gewerkt. De magnetische eigenschappen van een metaal zijn afhankelijk van de verdeling van de elektronen in een atoom en de kracht van de onderlinge wisselwerking. Zoiets. Dan is het een sommetje van het aantal banen waarin de elektronen mogen zitten vermenigvuldigd met de magnetische wisselwerking tussen de elektronen. Dat getal moet groter zijn dan 1. Die interactie wordt bepaald door de oriëntatie van de elektronspin, die in twee posities kan verkeren: omhoog en omlaag. De truc van de onderzoekers bestond uit het ‘verwijderen’ van enkele elektronen, gebruikmakend van een dun laagje fullerenen (de ‘buckybal’ C60) op het ferromagnetisch te maken metaal. Het schijnt dat sommige metaalelektronen dan in die fullerenen gaan rondzwerven, waardoor het metaal de juiste eigenschappen krijgt om gemagnetiseerd te worden. Het was al bekend dat twee materialen bij elkaar de magnetische eigenschappen veranderen. Die eigenschap hebben de onderzoekers gebruikt. Het werkt dus, maar kennelijk nog niet helemaal zoals gewenst. Er moet nog wat worden gesleuteld om de synthetische magneten sterker te maken. “Je kunt nu nog niet zo’n magneetje aan je koelkastdeur plakken”, zegt onderzoeksleider Oscar Céspedes. “maar we hebben er alle vertrouwen in dat met de juiste combinatie van elementen we magneten kunnen maken die geschikt zijn voor huidige én toekomstige ontwikkelingen.”
Bron: Eurekalert