Magnetism at interfaces: from quantum to reality

Permanentmagnete sind eine Schlüsseltechnologie für die moderne Gesellschaft mit Anwendungen in der Klimatisierung, Mobilität oder Energieerzeugung. Die gemessenen Koerzitivfelder in modernen Permanentmagneten erreichen nur einen kleinen Bruchteil der theoretischen Werte. Eine Reihe von experimentellen Studien haben gezeigt, dass Diskontinuitäten und Fehlausrichtungen auf atomarer Ebene die makroskopische Koerzitivfeldstärke signifikant beeinflussen. In diesem Projekt entwickeln wir eine quantitative Theorie der Koerzitivfeldstärke unter Berücksichtigung der lokalen atomaren Struktur, der räumlichen Variation der intrinsischen magnetischen Eigenschaften und der physikalischen Mikrostruktur des Magneten. Um dieses Ziel zu erreichen, überbrücken wir die Längenskala zwischen ab-initio-Simulationen, atomistischer Spindynamik und Kontinuum-Mikromagnetsimulationen. Atomare Defekte an Grenzflächen und Korngrenzen werden bereits auf der kleinstmöglichen Längenskala, den Einheitszellen der Materialzusammensetzung, berücksichtigt. Die entwickelte Theorie wird von gut beschriebenen magnetischen Materialien geleitet, um das System während des gesamten Projektverlaufs zu validieren.

Vom 9.-12. Februar 2025 fand die 2025 IEEE Conference on Advances in Magnetics in Brixen, Italien statt (www.aim2025.it). Alexander Kovacs hat zusammen mit Antonino Laudani die Session "Artificial Intelligence, Machine Learning and Soft-Computing for Magnetism" koordiniert und geleitet.

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IEEE-AIM 2025 Conference

Alexander Kovacs präsentiert die Arbeit "Micromagnetic investigation of interface coupling and microstructure on magnetic equilibrium states and saturation of CoRuCo multilayer systems" auf dem Materials Science and Engineering Congress 2024 (MSE2024), der vom 24. bis 26. September 2024 in Darmstadt stattfindet. Es handelt sich um eine Fortsetzung des ICM2024-Beitrags. In früheren Arbeiten wurde die magneto-kristalline Anisotropie über die Schichten gemittelt. In dieser Arbeit wird diese Annahme mit mikromagnetischen Simulationen untersucht, indem eine Abweichung in der Verteilung der magnetokristallinen leichten Achse eingeführt wird, die auf das Modell angewendet wird. Für weitere Details klicken Sie auf die vollständige Kurzbeschreibung.

Am 3. Juli präsentierte Alexander Kovacs die Arbeit "Micromagnetic simulation investigation of micro-structural influence on magentic equilibrium states in ultra-thin hcp Co films"  auf der International Conference on Magnetism 2024 (ICM2024) in Bologna. Mikrostrukturelle Parameter sind ein wichtiger Faktor, wenn es um Magnetisierungsumkehr geht, und daher ist dieser Einfluss auch für makroskopische magnetische Eigenschaften wichtig. Weitere Untersuchungen werden sich mit austauschgekoppelten Mehrfachschichten und ihrer initialen Hysteresekurve befassen, wobei die durch ab-initio-Simulationen berechnete Austauschsteifigkeit mit experimentellen initialen Hysteresekurven verglichen wird.

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UWK Alexander Kovacs

Am 24. Mai 2024 von 17:00 bis 23:00 fand die Lange Nacht der Forschung in ganz Österreich statt. An der Universität für Weiterbildung Krems waren wir mit dem Thema: “Saubere Technologien dank künstlicher Intelligenz: Wer findet den stärksten Magneten?”  vertreten. Die Gäste konnten aktiv an der Forschung teilnehmen, indem sie verschiedene Phasenverteilungen und Kristallstrukturen von Magneten zeichneten. Eine von uns trainierte KI wertete die Zeichnungen aus und prognostizierte die Leistung der Magnete. Im Gespräch konnten wir die Notwendigkeit der Magnetfoschung in unterschiedlichsten Fragestellungen  für eine nachhaltige und klimafreundliche Energiewende aufzeigen.

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UWK Markus Gusenbauer

Von 4. bis 7. Juni 2023 fand das 13. Internationale Symposium “Hysteresis Modeling and Micromagnetics” (HMM 2023) in Wien statt (www.asc.tuwien.ac.at/hmm2023). Für das Projekt hat Alexander Kovacs ein Poster präsentiert mit dem Titel “Finite Hex Element Adaptive Mesh Refinement of Demagnetizing Field Computation”.

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(c) TU Wien (Photographer: Matthias Heisler)

HMM_Poster_Alex.pdf

Am 11.5. 2023 wurde der Vortrag “Multiscaling strategies in computational magnet design” bei der “Going Green CARE INNOVATION 2023” in Wien präsentiert  (www.careinnovation.eu) . Dabei konnten Teile des Projekts einem größeren Publikum vorgestellt werden.  Auf dem Programm standen unter anderem die neuesten Entwicklungen in den Bereichen Kreislaufwirtschaft, saubere Produktion, Ressourceneffizienz, Klimawandel und vieles mehr, die von führenden Experten aus Industrie, Wissenschaft und dem öffentlichen Bereich aus aller Welt vorgestellt wurden. Der Vortrag wurde im Rahmen eines gemeinsamen Workshops mit dem Titel “Interdisciplinary team up to escape the rare earth trap” präsentiert. Das Team besteht aus dem Erich Schmid Institute of Materials Science of the Austrian Academy of Sciences in Leoben,  der Johannes Kepler Universität Linz und der Universität für Weiterbildung Krems. Die Idee des Workshops war die Verbindung von Materialwissenschaftlern, Ingenieuren und Sozialwissenschaftlern, um von der interdisziplinären Zusammenarbeit bei der Suche nach den nachhaltigsten Lösungen für das magnetische Materialdesign zu profitieren.

Aufzeichnung des kompletten Workshop

Alexander Kovacs präsentierte seine Arbeit zum Thema "Recent activities on the applications of machine learning in micromagnetics" als eingeladener Vortrag auf der IEEE Advances in Magnetics (AIM2023), 17/01/2023, in Moena (Italien). In Teilen des Vortrags zeigte er den von uns vorgeschlagenen Multiskalen-Ansatz, der chemische Konzentrationen und atomistische Strukturen zu intrinsischen magnetischen Eigenschaften und darüber hinaus zur Koerzitivfeldstärke einzelner mehrphasiger Körner berechnet und vorhersagt.

 Markus Gusenbauer hat am 26. Juli 2022 einen Vortrag auf der JEMS2022 gehalten mit dem Titel: “Coercivity analysis of twin boundaries”. Der Beitrag war virtuell auf der hybriden Veranstaltung in Warschau, Polen, zu sehen (https://jems2022.pl).

Am 13. Juli 2022 haben wir einen Workshop auf der Jungen Uni am Campus Krems organisiert. Kinder zwischen 10 und 13 Jahren lernten die Funktionsweise eines Elektromotors kennen. Sie konnten einen kleinen Elektromotor basteln und miterleben, wie sich die Stärke eines Magneten auf die Leistung eines Motors auswirkt. Thomas Schrefl, Harald Özelt und Markus Gusenbauer waren die betreuenden Forscher auf dem Workshop.

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IMC Krems (Photographer: Atelier Schulte)

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IMC Krems (Photographer: Atelier Schulte)

Das erste Kick-Off Meeting fand am 4. Juli 2022 in Krems statt. Teilnehmende Personen waren Dominik Legut und Sergiu Arapan aus der TU Ostrawa, Tschechien. Und aus Krems waren Thomas Schrefl, Markus Gusenbauer, Harald Özelt, Alexander Kovacs und Qais Ali vertreten. Außerdem war ein Gastforscher aus der Ukraine, Dr. Oleksandr Hrushko, mit dabei. Diskutiert wurden unter anderem die erste Projektphase, in der wir uns auf die Materialkombination Fe/Ni konzentrieren bzw. das adaptive Gitter für die Mikrostrukturen der Simulationen implementieren. Außerdem haben wir die Möglichkeit besprochen, die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften von Magneten, mit dem Projekt zu verknüpfen. Im Anschluss fand ein gemütlicher Ausklang bei einem lokalen Heuriger mit Blick auf die Donau statt.

Am 20.5. konnten wir Jung und Alt bei der Langen Nacht der Forschung 2022 begeistern. In einer Mitmachstation wurde der Einfluss von Dauermagneten auf die Elektromobilität demonstriert. Die InteressentInnen konnte mit einfachen Expirmenten herausfinden, welchen Einfluss Magnete auf die Leistung von Elektromotoren haben. Mit unserem Projekt konnten wir zeigen, wie wichtig es ist, Dauermagnete ohne kritische Seltene Erden zu entwickeln.

https://www.donau-uni.ac.at/de/aktuelles/veranstaltungen/2022/lange-nacht-der-forschung-2022.html

@ Details:
Auftraggeber:
FWF Projekt: I I 5712-N