Multiskalen Simulation zur Untersuchung des Effekts von amorphen Korngrenzen auf die Koerzivität in Nd-Fe-B Magneten

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Bai-Xiang Xu, seit 4/2019
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409656180

In Nd-Fe-B Magneten, welche essentiell sind für moderne Energietechnologien, wurde gezeigt, dass die dünne amorphe Korngrenzenphase (AGB) um Nd2Fe14B die Koerzivität messbar beeinflusst. Allerdings ist der zugrundeliegende Mechanismus noch nicht vollständig verstanden. Aufgrund der strukturellen Vielfalt und der Eigenschaften der Nd2Fe14B/AGB Grenzfläche auf der Nanoskala, stellt die Erklärung des Effekts der amorphen Korngrenzen auf die Koerzivität eine Herausforderung dar. Neben den elektronischen und atomaren Eigenschaften der Nd2Fe14B/AGB Grenzfläche, hängt die Koerzivität in Nd-Fe-B Magneten auch von der magnetischen Umkehrung auf der atomaren und microskopischen Ebene ab. In dieser Arbeit werden multiskalen Simulationen durchgeführt, basierend auf allgemeinen Grundsätzen, dem atomistischen Spin Modell und mikromagnetischen Simulationen. Die Nd2Fe14B/AGB Struktur wird durch ein ab initio MD Schema in Kombination mit einem evolutionärem Algorithmus generiert. Die atomaren magnetischen Momente, die magnetische Anisotropienergie von Fe, die Kristallfeldparameter der Nd Ionen und die Austauschparameter an der Nd2Fe14B/AGB Grenzfläche werden basierend auf allgemeinen Grundsätzen berechnet. Des Weiteren wird der Einfluss von zusätzlichen Elementen auf diese Eigenschaften untersucht. Das atomistische Spin Modell ist parametrisiert und numerisch implementiert, um die magnetische Umkehrung auf der atomaren Skala zu erhalten. Das atomistische Spin Modell wird mit den mikromagnetischen Simulationen kombiniert, um die AGB Effekte auf die Koerzivität auf der mikroskopischen Ebene (mehrere Körner) zu untersuchen. Während die Grenzflächenregion mit dem atomistischen Spin Modell berechnet wird, wird das Innere der Körner mit einer mikromagnetischen Diskretisierung berechnet. Durch dieses Projekt soll die magnetische Umkehrung und der Koerzivitätsmechanismus in Nd2Fe14B/AGB Systemen besser verstanden werden. Dadurch soll die Manipulation von lokalen magnetischen Eigenschaften auf der atomaren Ebene angeregt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Min Yi, bis 4/2019