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Chemie steuert Magnetismus

Elektrochemisches Verfahren ändert Magnetismus in Ferromagneten reversibel – Der unterschiedliche magnetische Zustand bleibt ohne kontinuierlichen Strom im Material aufrechterhalten.
Chemie steuert Magnetismus
Mit der Ein- und Auslagerung von Lithium-Ionen in bestimmte Magneten lässt sich deren Magnetstärke gezielt steuern. (Grafik: KIT/Wiley-VCH)

Mit einem chemischen Verfahren ist es Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gelungen, die magnetischen Eigenschaften von Ferromagneten zu steuern. Während physikalische Verfahren zwar die Ausrichtung des Magnetfeldes beeinflussen können, steuert hier das chemische Verfahren den Magnetismus des Materials selbst. Das genutzte Prinzip ist dabei dem Konzept des Lithium-Ionen-Akkus ähnlich.

Vorgang benötigt keine konstante Stromzufuhr

Das nun am KIT entwickelte chemische Verfahren zur Kontrolle des Magnetismus bietet einen neuen Ansatz, der über bisherige Konzepte hinausgeht: Der Vorgang beeinflusst das gesamte Material, nicht nur die Oberfläche, und ist dabei reversibel, kann also rückgängig gemacht werden. Zusätzlich – und das ist die wichtigste Innovation dieses Verfahrens – ist der jeweilige magnetische Zustand des Materials (magnetisch / nicht magnetisch) nicht volatil. Das heißt, der Zustand bleibt, im Gegensatz zu einer elektromagnetischen Spule, auch ohne Stromzufuhr und damit ohne kontinuierlichen Energieverbrauch aufrechterhalten.

Die Wissenschaftler haben einen Lithium-Ionen-Akku erstellt, bei dem eine Elektrode aus Maghemit, einem ferromagnetischen Eisenoxid (γ-Fe2O3), besteht und die andere aus reinem Lithium. Experimente zeigten, dass die Lithium-Ionen-Einlagerung in Maghemit dessen Magnetstärke reduziert, auch bei Raumtemperatur. Durch die gezielte Steuerung der Lithium-Ionen, also durch Laden und Entladen des Akkus, lässt sich somit die Magnetfeldstärke des Maghemits kontrollieren. Dieser Effekt ist, genau wie bei normalen Lithium-Ionen-Akkus, wiederholbar.

Änderung der Magnetstärke um bis zu 30 Prozent

Bei den vorgestellten Versuchen erreichten die Forscher eine Änderung der Magnetstärke um bis zu 30 Prozent. Das langfristige Ziel ist jedoch, den Magneten komplett an- und ausschalten zu können. Damit hoffen die Wissenschaftler ein Verfahren zu finden, mit dem sich ein Magnetschalter realisieren lässt, der vom Prinzip her wie ein elektrischer Transistor funktioniert.


Ausführliche Informationen in der Pressemitteilung des KIT


sis, 12.10.2015