Магнитные свойства металлов меняются при нагревании или охлаждении. К примеру, железо приобретает ферромагнитные свойства только при температуре ниже 768 градусов Цельсия. Температура трансформации никеля — минус 360 градусов, говорит профессор Оливер Гутфляйш. И наоборот, некоторые сплавы становятся ферромагнитными, когда нагреваются. Фазовый переход связан с так называемым магнитокалорическим эффектом: когда сплавы с памятью формы помещаются во внешнее магнитное поле ниже температуры трансформации, они мгновенно охлаждаются. И чем сильнее магнитное поле, тем более холодными становятся сплавы, пишет Phys.org.

«Всего несколько лет назад сплавы с магнитной памятью считались неподходящими, потому что их можно было использовать для охлаждения в магнитном поле только один раз, — объясняет Гутфляйш. — Рефрижераторы, изготовленные по этому принципу, обходятся дорого».

Дороже всего в них — постоянный магнит, который необходим, поскольку охлаждающий эффект длится только до тех пор, пока на охлаждающий элемент воздействует магнитное поле. Требуются мощные магниты, а они стоят дорого и содержат редкие элементы, поэтому не подходят для серийного производства. Кроме того, их добыча сопровождается значительным загрязнением окружающей среды.

Ученые из Технического университета Дармштадта использовали сплав никеля, магния и индия, потому что его фазовый переход достигается при комнатной температуре. Они генерировали магнитное поле при помощи самого сильного из известных постоянных магнитов — содержащего редкоземельный неодим вдобавок к железу и бору. Плотность его потока составляет 2 Тл, что в 40 000 раз мощнее магнитного поля Земли.

При таких условиях сплав охладился на несколько градусов. Измерения показали, что миллисекунды в магнитном поле хватило, чтобы вызвать перманентные трансформации.

Следующим шагом стало удаление охлаждающего элемента из магнитного поля. Затем радиатор вступил в контакт с охлаждаемым объектом и абсорбировал его тепло. При этом сплав сохранил намагниченность даже когда вернулся к изначальной температуре.

Немецкие ученые убеждены, что будущее — за сплавами с памятью формы. Магниты в такой системе требуют намного меньше неодима, а поле, тем не менее, гораздо сильнее — и, как следствие, эффект охлаждения. К 2022 году они намерены построить прототип, который позволит оценить возможности нового охлаждающего элемента в реальных условиях. В этом им должен помочь грант от Европейского исследовательского совета на 2,5 млн евро.

Американские ученые разработали замену кремниевому полупроводнику в аккумуляторах: двумерный материал на основе магнитной решетки сплава железа и никеля. По их расчетам, длительность работы такой батареи увеличится в сто раз, то есть один час зарядки обеспечит 500 часов работы устройства.