图片来源:Pelin Tozman, AMBER和CRANN Institute，三一学院，都柏林，爱尔兰
材料科学家们利用高通量计算模型，预测并构建了两种新的磁性材料，原子接原子。这一成功标志着以前所未有的速度大规模设计新型磁性材料的新时代的到来。
虽然在日常生活中有大量的磁铁，但它们实际上是稀有的——只有大约5%的已知无机化合物显示出磁性。其中，由于有效温度范围和磁永久度等特性的变化，只有几十种是在现实世界中有用的。
这些材料的相对稀缺性使得它们变得昂贵或难以获得，这使得许多人开始寻找新的选择，考虑到磁铁在从电机到磁共振成像(MRI)机器的应用中有多么重要。传统的过程只是反复试验，研究人员制造不同的分子结构，希望找到具有磁性的分子。然而，许多高性能磁铁在物理和化学趋势中都是奇异的，与直觉不符。
在一项新的研究中，杜克大学的材料科学家为这一过程提供了一条捷径。他们展示了通过计算机模型预测新材料磁性的能力，该模型可以在短时间内筛选数十万候选材料。为了证明这是可行的，他们创造了两种前所未有的磁性材料。
结果将于2017年4月14日公布科学的进步．
杜克大学(Duke)机械工程和材料科学教授、材料基因组学中心(Center for materials Genomics)主任斯特凡诺·科塔罗(Stefano Curtarolo)说:“预测磁体是一项艰巨的工作，它们的发现非常罕见。”“即使有我们的筛选过程，也需要多年的工作来综合我们的预测。我们希望其他人也能使用这种方法来创造出适用于更广泛应用的磁铁。”
这个小组专注于一种被称为赫斯勒合金的材料家族，这种材料是由三种不同元素的原子组成的，它们排列在三种不同的结构中。考虑到55种元素的所有可能组合和排列，研究人员有236,115种可能的原型可供选择。
为了缩小范围，研究人员在一个计算模型中逐一构建每个原子的原型。通过计算原子之间可能的相互作用以及每种结构所需要的能量，列表缩小到35602种潜在的稳定化合物。
从那里，研究人员对稳定性进行了更严格的测试。一般来说，材料稳定到需要最少能量的安排。通过检查每种化合物，以防止其他原子安排，并抛出那些将被竞争击败的化合物，列表缩短为248。
在这248种材料中，只有22种材料显示出计算出的磁矩。最终的切割去掉了所有与之竞争的替代结构过于接近的材料，留下了最终的14个候选材料，从理论模型到现实世界。
但由于大多数事情在实验室出来，合成新材料说出比完成更容易。
科塔罗洛实验室的博士生、该论文的第二作者科里·奥斯(Corey Oses)说:“在实验室里创造一种新材料可能需要数年时间。”“一种材料的稳定可能需要各种类型的约束或特殊条件。但从14个人中选择总比从20万人中选择好得多。”
在合成方面，Curtarolo和os求助于爱尔兰都柏林三一学院(Trinity College)的物理学教授斯特凡诺·桑维托(Stefano Sanvito)。经过多年的尝试，Sanvito成功地创造了其中的四种材料。
正如预测的那样，两者都具有磁性。
第一种新型磁性材料是由钴、镁和钛(Co2MnTi)制成的。通过比较结构相似的磁体的测量特性，研究人员能够以很高的精度预测新磁体的特性。特别值得注意的是，他们预测这种新材料失去磁性的温度为940k(1232华氏度)。在测试中，实际的“居里温度”被证明是938 K(1228华氏度)——一个异常高的数字。这一点，再加上它缺乏稀土元素，使其在许多商业应用中具有潜在的用途。
“许多高性能永磁体都含有稀土元素，”奥斯说。“而且稀土材料价格昂贵，很难获得，尤其是那些只能在非洲和中国找到的材料。寻找不含稀土材料的磁体至关重要，尤其是在世界似乎在回避全球化的情况下。”
第二种材料是锰、铂和钯的混合物(Mn2PtPd)，它被证明是一种反铁磁体，这意味着它的电子在它们的排列中是均匀的。这导致材料本身没有内部磁矩，但使其电子对外部磁场作出反应。
虽然除了磁场传感、硬盘驱动器和随机存取存储器(RAM)之外，这种特性并没有太多的应用，但这些类型的磁体非常难以预测。尽管如此，该小组对其各种性质的计算仍然准确无误。
Curtarolo说:“这些新磁体在未来是否有用并不重要。”“快速预测它们存在的能力是一项重大突破，对材料科学家的进步将是无价的。”
了下:•先进的材料
