Illinois Üniversitesi araştırmacıları, manyetik düzenin çelikte karbon difüzyonunu yavaşlattığını gösteren hesaplamalar yayınladı. Bulgu, manyetizma ve sıcaklığın atomik düzeyde karbon hareketini nasıl kısıtladığını açıklıyor.
Illinois Üniversitesi Grainger Mühendislik Fakültesi’nden araştırmacılar, manyetik alanların çelik içindeki karbon atomlarının hareketini neden yavaşlattığına dair ilk fiziksel açıklamayı sundular. Luke J. Wirth ve Dallas R. Trinkle’in Physical Review Letters’ta yayımladığı çalışma, manyetik spinlerin hizalanmasının karbonun demir kafeslerinden diğerine atlaması için gereken enerji bariyerini yükselttiğini gösteriyor.
difüzyon: Manyetizma nasıl etki ediyor?
Araştırmacılar, karbonun demirdeki küçük oktahedral “kafes” aralarında hareket ettiğini hatırlatıyor. Ekip, sıcaklık ve manyetik alan etkilerini aynı anda hesaba katan bir hesaplama yöntemi olan spin-space averaging kullanarak demir atomlarının manyetik momentlerinin dizilişini simüle etti. Simülasyonlar, manyetik momentler daha düzenli ve hizalanmış olduğunda (ferromanyetik düzen), karbonun iki konum arasında geçiş yaparken karşılaştığı enerji engelinin arttığını ortaya koydu.
Bu etki, özellikle Curie sıcaklığına yakın koşullarda belirginleşiyor: manyetik alanın momentleri çevirmesi zordur ve manyetik düzenin değişmesi kafes geometrisini ve bunun sonucunda karbon için kullanılabilir boşluğu etkiliyor. Trinkle’in ifadesiyle, spins’ler daha rastgele olduğunda oktahedral yapı daha izotrop hale geliyor ve karbon için hareket alanı genişliyor; manyetik düzen arttığında ise hareket kısıtlanıyor.
Bulgunun uygulamaya dönük önemi büyük: manyetik alanların ve manyetik özelliklerin dikkate alındığı proses tasarımları, ısıl işlemler sırasında gereken enerjiyi azaltarak çelik üretim maliyetlerini ve karbon emisyonlarını düşürmeye yardımcı olabilir. Yazarlar ayrıca aynı prensibin başka alaşımlar ve malzemeler için de nicel tahminler yapmayı mümkün kılabileceğini belirtiyor. Çalışma: Luke J. Wirth, Dallas R. Trinkle, “External Magnetic Field Suppression of Carbon Diffusion in Iron”, Physical Review Letters (2025).
Kaynaklar ve Bağlantılar:
- matse.illinois.edu/news/80460
- www.sciencedaily.com/releases/2026/01/260125083427.htm
- dx.doi.org/10.1103/j4sg-qmg7
- journals.aps.org/prl
