Direkt zum Inhalt

Supermagnet: Neues Molekül ist der stärkste bekannte Magnet

Dieser Stoff ist mehr als dreimal so stark magnetisch wie der bisherige Rekordhalter. Der Grund dafür sind seltene Erden - und eine bisher einzigartige chemische Bindung.
Möbiusband aus magnetischen Kugeln.

Die »Supermagnete« bekommen Konkurrenz: Eine ungewöhnliche Bindung zwischen seltenen Erden macht ein neu geschaffenes Molekül dreimal magnetischer als den stärksten bisher bekannten magnetischen Stoff. Eine Arbeitsgruppe um Colin A. Gould von der University of California in Berkeley konstruierte eine Stoffklasse mit zwei Atomen eines Seltenerdelements wie Dysprosium oder Terbium, zwischen denen drei Jodatome im Dreieck angeordnet sind. Wie das Team in »Science« berichtet, sind die beiden Metallatome außerdem über eine direkte Bindung verbunden, die mitten durch das Zentrum des Jod-Dreiecks führt. Nach Angaben des Teams ist diese Bindung nicht nur für den extrem starken Magnetismus verantwortlich, sondern außerdem die erste direkte Bindung zwischen zwei seltenen Erden in einem Molekül.

Ein Stoff ist dann besonders stark magnetisch, wenn er einerseits viele ungepaarte Elektronen enthält, deren magnetisches Moment nicht direkt durch ein entgegengesetzt orientiertes Partnerelektron neutralisiert wird – und andererseits diese Elektronen alle gleich ausgerichtet sind. Seltene Erden geben sehr gute Magnete ab, zum Beispiel die sehr starken Neodym-Supermagnete, denn sie enthalten viele ungepaarte Elektronen, die durch eine Bindung an ein Metall wie Eisen gemeinsam ausgerichtet sind.

Theoretisch sind noch viel stärkere Magnete möglich, wenn man als Bindungspartner statt Eisen einfach ein weiteres Seltenerdelement nutzt. Doch bisher gab es keinen Stoff mit direkt aneinander gebundenen seltenen Erden. In dem neuen Molekül gibt es eine solche Bindung – sie ist aber so schwach, dass die beiden Metallatome von drei Jodatomen zusammengehalten werden müssen, damit sie sich ausbilden kann. In dieser Bindung befindet sich ebenfalls ein ungepaartes Elektron genau in der Mitte zwischen den seltenen Erden.

Dieses richtet alle anderen ungepaarten Elektronen beider Metallatome gleich aus, so dass das gesamte Molekül extrem magnetisch wird. Die Arbeitsgruppe maß die Stärke des molekularen Magnetismus unter anderem anhand der so genannten Koerzitivfeldstärke. Diese gibt an, wie stark ein äußeres Magnetfeld sein muss, um den inneren Magnetismus eines Stoffs zu überwinden. Mit zwei Terbium-Atomen in dem Molekül und bei einer Temperatur von etwa 60 Kelvin lag die Koerzitivfeldstärke nach Angaben des Teams über 25 Tesla.

Das ist nicht nur mehr als das Dreifache des bisherigen Rekords von 7,9 Tesla, sondern auch fast das Doppelte der maximal möglichen Feldstärke in gängigen Messapparaturen, so dass das Team bisher keinen exakten Wert nennen kann. Solche superstarken molekularen Magnete sind einerseits interessant für Speichermedien, die auf magnetisierbaren Stoffen basieren. Andererseits ist laut dem Team aber auch vorstellbar, aus diesen Molekülen große Magnete für andere technische Anwendungen zusammenzusetzen. Deren Magnetfeldstärke würde die heutigen »Supermagnete« auf Basis von neodymhaltigen Legierungen noch einmal deutlich übertreffen.

Schreiben Sie uns!

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

Partnerinhalte