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Projekt
Bearbeitung magnetischer Materialien unter Einfluss elektrische Felder oder Ströme
Antragsteller
Professor Dr. Christian Elsässer; Professor Dr. Oliver Gutfleisch
Fachliche Zuordnung
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Förderung
Förderung von 2016 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319418944
Dieser Fortsetzungsantrag für die 2. Periode des SPP zielt darauf, unsere in der 1. Periode gewonnenen Ergebnisse und Erfahrungen zu einer umfassenden Vorstellung von der Fertigung binärer hartmagnetischer Legierungen mit elektrischen Strömen auszuweiten. Unsere Kernfrage lautet: Worin besteht die wesentliche Verbindung von der beobachteten Atomdiffusion und Phasenumwandlung zu den Wanderungsprozessen für Atome in einen elektrischen Feld oder Strom? Zur Beantwortung wird der Einfluss des Gefüges und der Legierungszusammensetzung auf die Diffusion und Umwandlung mit Experimenten und Simulationen untersucht, die atomare Wanderung und chemische Ordnung verbinden. Wir konzentrieren uns darauf, das Verständnis von Elektromigration und Phasenordnung weiter zu entwickeln. Dafür wollen wir experimentelle und theoretische Arbeiten auf eine gemeinsame Größenskala für verschiedene binäre Materialsysteme ausrichten, und zwar von beiden Seiten her: durch bessere Fertigungs- und Charakterisierungstechniken sowie durch ein deterministisches makroskaliges Diffusionsmodell, das auf atomistischen Punktdefektbildungs- und –wanderungsdaten basiert. Mit dieser Kombination sind wir zuversichtlich, die Stromanlassexperimente an den ausgewählten, seltenerdfreien Materialsystemen mit Ordnungsmechanismen auf atomarer Skala zu verknüpfen. Durch systematisches Studium der Legierungen wollen wir Einflüsse von Verbindungs- und Element-Eigenschaften auf die strominduzierte Bildung von hartmagnetischen Phasen beschreiben. Der Arbeitsplan ist auf die Synergie von Ideen und Resultaten der gemeinsamen Anstrengungen beider Gruppen ausgerichtet. Experimentell werden wir die in der 1. Periode erarbeiteten Prozesse und Apparaturen an den vier vorgeschlagenen Materialsystemen (Mn-Al, Mn-Ga, Fe-Pt and Fe-Ni) erweitern und verfeinern. Damit beabsichtigen wir für die strominduzierte Fertigung solcher Magnetmaterialien die Triebkräfte zu identifizieren sowie quantitative Materialkenndaten zu gewinnen. Weiterhin sind verstärkte Untersuchungen von Gefügemerkmalen (Defektstrukturen, Fehlpassungen oder Misorientierungen) bei der beobachteten Atomdiffusion und Phasenbildung geplant. Die theoretischen Aufgaben sind auf die experimentellen Aktivitäten für die ausgewählten Modellsysteme ausgerichtet. Quantitative Daten aus den Phasenumwandlungs- und Diffusionspaar-Experimenten werden mit Eigenschaften von Diffusionsmodellen verglichen, die auf atomistischen Kenndaten beruhen. Eine wesentliche Stärke der Modelle wird sein, dass Diffusion (durch Temperatur) und Drift (durch elektrisches Feld oder Strom) unterschieden werden und somit auch das Problem einer Trennung der Einflüsse von Joule’scher Wärme oder Elektromigration adressierbar wird. Theoretische Resultate zu Kristall- und Grenzflächenorientierungen relativ zum elektrischen Feld oder Strom ergänzen Ergebnisse für Grenzflächen, Mehrlagen-Präkursoren sowie Kornorientierung auflösende Stromanlassexperimente.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
