Magnetische Ordnung in Schmelzen und ihr Einfluß auf die Unterkühlbarkeit

Levitationsspule
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 (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.  (∆T: Differenz zwischen Schmelz- und Probentemperatur).

Neuere Untersuchungen zur Keimbildung 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. Sobald die Unterkühlungstemperatur die Curie-Temperatur erreicht, stimuliert die magnetische Ordnung die Kristallkeimbildung. Dies wird durch Untersuchungen der maximalen Unterkühlbarkeit als Funktion der Konzentration der Pd-Konzentration von Co-Pd Legierungen nachgewiesene. Bei Pd-Konzentrationen, die geringer sind als 25 at%, deckt sich die Kurve der konzentrationsabhängigen maximalen Unterkühlbarkeit mit der Kurve der konzentrationsabhängigen Curie-Temperatur der schmelze. Gleichzeitig steigt bei der gleichen Pd-Konzentration der Vorfaktor K_vin der Keimbildungsrate um bis zu neun Größenordnungen, was auf eine stark erhöhte Keimdichte hindeutet, sobald die magnetische Ordnung in der unterkühlten Schmelze einsetzt.

Konzentrationsabhängigkeit der maximalen Unterkühlbarkeit und Curietemperatur von Co-reichen Co-Pd Schmelzen (oben) und Vorfaktor Kv in der Keimbildungsrate, aus Messungen zur Statistik der Unterühlung von Co-Pd Schmelzen ermittelt (unten)

Literatur zur magnetischen Schmelze:

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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