de.wedoany.com-Bericht: Einem russischen Forschungsteam ist es gelungen, die Arbeitstemperatur der thermischen Kompensation eines Materials zu senken, indem es einen Teil des Eisens in Eisenborat durch Chrom ersetzte. Dies bietet einen neuen Ansatz für kontrollierte Ausdehnung in hochpräzisen optischen und elektronischen Bauteilen.
Die meisten Materialien dehnen sich bei Erwärmung aus – ein Phänomen, das hochpräzise Geräte wie Spiegel und Linsen in leistungsstarken Lasern vor Herausforderungen stellt. Selbst eine Temperaturerhöhung um nur 10 bis 20 Grad Celsius kann zu mikroskopischen Schäden durch minimale Dimensionsänderungen der Bauteile führen und Funktionsverluste verursachen. Der Schlüssel zur Lösung liegt in Materialien mit niedrigem oder sogar negativem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, doch solche Materialien sind selten, und viele sind aufgrund schlechter thermischer Stabilität für technische Anwendungen ungeeignet. Der magnetostriktive Effekt bietet einen möglichen Weg: Die Ausdehnung bei Erwärmung kann durch eine Kontraktion kompensiert werden, die durch die Neuordnung der magnetischen Struktur verursacht wird.
Eisenborat (FeBO₃) besitzt solche Eigenschaften und wird bereits in der Instrumentenfertigung, einschließlich Synchrotronstrahlungsanlagen, eingesetzt. Allerdings erfordert die Verwendung dieses Materials das Erhitzen der Kristalle auf etwa 77 Grad Celsius, was den Energieverbrauch erhöht und zusätzliche Heizsysteme notwendig macht. Ein Team von Kristallographen mehrerer russischer Forschungszentren versuchte, einen Teil des Eisens im Material durch Chrom zu ersetzen, da Chromborat ähnliche Eigenschaften aufweist. Die Studie verglich drei Materialien: FeBO₃, CrBO₃ sowie eine Mischkomponente. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass die Temperatur, bei der das Material seine magnetische Ordnung verliert, umso niedriger ist, je höher der Chromgehalt ist. Die „Neuordnung“ von reinem Eisenborat erfolgt bei etwa 77 Grad Celsius, die der Mischkomponente bei 30 Grad Celsius, während die chromhaltige Probe bei minus 262 Grad Celsius liegt.
Projektleiter Jaroslaw Birjukow, leitender Forscher am Institut für Silikatchemie der Russischen Akademie der Wissenschaften (Zweigstelle des Kurtschatow-Instituts – Petjarw-Abteilung), kommentierte, dass dieses Ergebnis den Weg für die Herstellung effektiver Verbindungen mit präzise kontrollierbaren Ausdehnungskoeffizienten ebne, die in der hochpräzisen Optik, Spintronik und Elektronik eingesetzt werden könnten. Darüber hinaus könnten solche Materialien für den Betrieb bei extrem niedrigen Temperaturen angepasst werden, was für die Raumfahrttechnik und hochempfindliche Sensoren von großer Bedeutung sei. Birjukow verriet, dass das Forschungsteam als nächstes plant, sich auf verwandte Verbindungen zu konzentrieren und die Materialauswahl zu erweitern.
Die Forschungsergebnisse wurden im „Journal of Materials Chemistry C“ veröffentlicht. Die Studie wurde von der Russischen Wissenschaftsstiftung (РНФ) gefördert. Zu den weiteren beteiligten Einrichtungen gehören das Kirenski-Institut für Physik der Sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften, die Staatliche Universität Sankt Petersburg, die Kasaner Föderale Universität und die Sibirische Föderale Universität.
