Forschungsthemen

Magnetische Ordnung in flüssigen Metallen



Ordnung in Schmelzen

Magnetische Ordnung war bisher nur in Festkörpern bekannt. Offen blieb dabei, ob dies eine grundsätzliche physikalische Ursache hat, oder ob nur 'zufällig' der Curie-Punkt immer unterhalb des Schmelzpunktes liegt. Diese grundlegende Frage konnte - in Zusammenarbeit mit der Universität Bonn und dem Paul Scherrer Institut, Villigen- am Institut für Raumsimulation geklärt werden: Die Schmelze einer im festen Zustand magnetischen Legierung (Co80Pd20) wurde unterkühlt.

Der frei in der Levitationsspule schwebende, flüssige Tropfen

Der frei in der Levitationsspule schwebende, flüssige Tropfen (Durchmesser etwa 7 mm) wird von einem Permanentmagneten (Co-Sm) angezogen, wenn seine Temperatur in die Nähe des Curie-Punktes kommt (unteres Bild). Die anziehende Kraft hängt in einer für ferromagnetische Materialien charakteristischenWeise von der Temperatur ab. Damit konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass sich langreichweitige magnetische Ordnung auch in einer Flüssigkeit einstellen kann.
(DT: Differenz zwischen Schmelz- und Probentemperatur).

Neuere Untersuchungen zum Keimbildungsverhalten von magnetisch ordnenden Schmelzen weisen darauf hin, dass der magnetische Phasenübergang über einen magnetischen Beitrag zur Differenz der freien Enthalpien von flüssiger und fester Phase mit dem flüssig-fest Übergang gekoppelt ist. Dieser Effekt begünstigt die Erstarrung der unterkühlten Schmelze bei Annäherung an die Curie-Temperatur.


Literatur zur magnetischen Schmelze:

    The magnetic contribution to the driving force for crystal nucleation in undercooled Co-Pd melts
    D. Holland-Moritz, F. Spaepen
    Phil. Mag., vol. 84, 10 (2004) 957-966
    Magnetic Properties of Undercooled Co-based Alloys
    S. Reutzel, D.M. Herlach
    Mat. Sci. Eng. A, vol. 375-377 (2004) 552-555
    Magnetic Ordering and Crystal Nucleation in Undercooled Co-base Melts
    D.M. Herlach, D. Holland-Moritz, R. Willnecker, D. Herlach, K. Maier
    Phil. Trans. Roy. Soc. London A 361, 497 (2003)
    Measuring Magnetic Susceptibility of Undercooled Co-based Alloys with a Faraday-Balance
    S. Reutzel, D.M. Herlach
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    Nucleation in undercooled Co-Pd alloys
    D. Holland-Moritz, Th. Schenk, D.M. Herlach
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    Observation of magnetically induced crystallization of undercooled Co-Pd alloys
    T. Schenk, D. Holland-Moritz und D.M. Herlach
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    Statistical analysis of nucleation in undercooled Co-base alloys
    T. Schenk, D. Holland-Moritz W. Bender, D.M. Herlach
    J. Non-Cryst. Sol. 250-252, 694 (1999)
    Undercoolability of pure Co and Co-based alloys
    D.M. Herlach, D. Holland-Moritz, T. Schenk, K. Schneider, G. Wilde, O. Boni, J. Fransaer, F. Spaepen
    J. Non-Cryst. Sol. 250-252, 271 (1999)
    Nonequilibrium solidification of hypercooled Co-Pd melts
    T. Volkmann, G. Wilde, R. Willnecker, D.M. Herlach
    J. Appl. Phys. 83 (1998) 3028-3034
    Long-Range Magnetic Order in Undercooled Metallic Melts Studied by Muon-Spin Rotation
    D. Herlach, C.Bührer, D.M. Herlach, K.Maier, C. Notthoff, D. Platzek, J. Reske
    Europhys. Lett. 44 (1998) 98-102
    Appearance of a Hypercooled Liquid Region for Completely MiscibleAlloys
    R. Willnecker, G.P. Görler, G. Wilde
    Mater. Sci. Eng. A 226-228 (1997) 439-442
    Ab-initio Calculation of Local Magnetic Moments for the Liquid Ferromagnet Co1-xPdx
    N. Börnsen, M. Fähnle
    J. Magn.Magn. Mater. 159 (1996), L313-L317
    Extended X-Ray Absorption Fine Structure Studies of Levitated Undercooled Metallic Melts
    G. Jacobs , I. Egry, K. Maier, D. Platzek, J. Reske, R. Frahm
    Rev. Sci. Instr. 67 (1996) 3683
    The Specific Heat of Highly Undercooled (Co, Ni, Fe)-Pd Melts
    G. Wilde , G.P. Görler, R. Willnecker
    J. Non-Cryst. Solids 205-207 (1996) 317
    Specific Heat Capacity of Undercooled Magnetic Melts
    G.Wilde , G.P. Görler, R. Willnecker
    Appl. Phys. Lett. 68 (1996) 21
    Hypercooling of Completely Miscible Alloys
    G. Wilde , G.P.Görler, R. Willnecker
    Appl. Phys. Lett. 69 (1996) 2995
    Positron Annihilation in Solid, Liquid and Undercooled Melts of Co80Pd20
    C. Bührer , U. Holzwarth, K. Maier, D. Platzek, J. Reske
    Appl. Phys. A 63 (1996) 191-194
    Evidence for the Existence of Long-Range Magnetic Ordering ina Liquid Undercooled Metal
    J. Reske, D.M. Herlach, F. Keuser, K.Maier, D. Platzek
    Phys. Rev. Lett. 75 (1995) 737
    Gibt es Ferromagnetismus in flüssigen Metallen?
    D.M.Herlach, K. Maier, D. Platzek, J. Reske,
    Phys. Blätter 51 (1995)816
    Liquid Metal Undercooled below its Curie Temperature
    D.Platzek , C. Notthoff, D.M. Herlach, G. Jacobs, D. Herlach, K. Maier
    Appl. Phys. Lett. 65 (1994) 1723

 

Die magnetische Schmelze in der Presse:

    Magnetismus in flüssigem Metall, Frankfurter Allgemeine Zeitung, 13.05.95
    Physikers Sündenfall, Die Zeit, 15.03.96
    Magnetismus in Schmelzen entdeckt, Münchner Merkur, 30./31.03.96
    Flüssiger Magnet entdeckt, Süddeutsche Zeitung, 4./5.4.96
    Tiefgekühlte Ordnung macht Flüssigkeiten magnetisch, VDI Nachrichten, 12.04.96
    Ein schwebender Magnet, der flüssig ist, Die Welt,30.05.96
    Stark anziehende Schmelze, Bild der Wissenschaft, 5/96
    Flüssiger Magnet, Neue Zürcher Zeitung, 05.06.96
    Physik-Sensation: Magnet aus tanzenden Atomen, Fränkischer Tag, 17.08.96
    Magnetismus in flüssigen Metallen, Blick durch die Wirtschaft, 08.01.97
    Wenn bei Hitze die Atome tanzen, Nordsee-Zeitung, 17.01.97

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