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Fujitsu Limited anunció hoy que, en investigación conjunta con el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS) y Fujitsu Laboratories Ltd., ha desarrollado el simulador de inversión magnética más grande del mundo, utilizando una malla que cubre más de 300 millones de microregiones.
Basado en la tecnología de simulación de inversión magnética a gran escala desarrollada por primera vez en 2013, este nuevo desarrollo ofrece un algoritmo de cálculo más rápido y un procesamiento paralelo masivo más eficiente. Las simulaciones se ejecutan en la computadora K. Además, al utilizar esta tecnología, Fujitsu realizó simulaciones a gran escala para aclarar la correlación entre la estructura fina de los imanes de neodimio, un tipo de imán permanente y resistencia magnética, al examinar el proceso de reversión magnética en los imanes de neodimio. Los resultados demostraron con éxito una forma de desarrollar imanes de neodimio de alta resistencia con más del doble de la coercitividad de los imanes anteriores, sin disprosio. En los imanes de neodimio convencionales, la aleación de disprosio es indispensable para mejorar la coercitividad magnética. Estas técnicas de simulación ofrecen una regla de diseño clara para imanes de neodimio de alto rendimiento que no dependen de la expresión. Fujitsu y NIMS harán una presentación conjunta sobre estos resultados en la 13ª Conferencia Conjunta MMM-InterMag, que se ejecuta del 11 al 15 de enero de 2016 en San Diego, California.
En los últimos años, el creciente impulso para la conservación de la energía ha llamado la atención para mejorar la eficiencia de los motores y los generadores que utilizan materiales magnéticos. Actualmente, los elementos de neodimio y disprosio son indispensables para fabricar imanes permanentes basados en el hierro de alto rendimiento para estas aplicaciones. Sin embargo, como recurso natural, el disprosio es solo alrededor del 10% tan común que el del neodimio, lo que puede causar problemas con respecto al suministro estable. Es por eso que existe una gran necesidad de desarrollar fuertes imanes de neodimio sin disprosios.
En 2013, Fujitsu y NIMS desarrollaron conjuntamente la tecnología de simulación de inversión magnética a gran escala que utiliza el método de elementos finitos y la micromagnética. Ejecutar estas simulaciones en la computadora K ayudó a aclarar el mecanismo de coercitividad en los imanes de neodimio. Anteriormente, se usaba el disprosio en los imanes de neodimio para aumentar la coercitividad, la fuerza resistiva contra un campo de desmagnetización durante la operación de motores y generadores. Para desarrollar un imán de neodimio que no usa el disrosio, son necesarias simulaciones de los procesos de desmagnetización bajo la presencia de un campo magnético inverso. Esto, a su vez, requiere una simulación masivamente compleja para representar el proceso de inversión de magnetización, utilizando un modelo de un imán de neodimio con una malla dividida en secciones de 1 nanómetro. Con ese fin, el equipo de investigación refinó el algoritmo computacional utilizado en la simulación y una mayor paralelización en un factor de aproximadamente diez a más de 10,000, lo que permite cálculos paralelos masivos eficientes. Esto permitió a los investigadores desarrollar un simulador de inversión magnética utilizando una malla con más de 300 millones de nodos, o aproximadamente 60 veces más que antes.
Para este simulador, el equipo de investigación creó un modelo policristalino (Figura 1) en el que 27 cristales de imán de neodimio se unieron magnéticamente y simularon el proceso de reversión magnética al tiempo que varía la resistencia de los acoplamientos magnéticos entre los cristales. Esto condujo al descubrimiento de que los cambios en la resistencia del acoplamiento magnético entre los cristales en la dirección lateral afectan en gran medida el proceso de reversión magnética (Figura 2), mientras que el desacoplamiento magnético en la dirección perpendicular no es tan efectivo. La simulación mostró por primera vez que el desacoplamiento magnético de los cristales en las direcciones laterales duplica la coercitividad de los imanes de neodimio, lo que podría obviar la necesidad de disprosio. Experimentos anteriores desacoplaron los granos magnéticos en la dirección perpendicular, lo que no dio como resultado una coercitividad suficientemente alta. Esta simulación muestra claramente que incluso cuando los cristales se unen verticalmente, el desacoplamiento de los granos en la dirección horizontal da como resultado un aumento dramático en la coercitividad. Este trabajo ha mostrado claramente la dirección hacia el desarrollo de fuertes imanes de neodimio sin disprosio.
El Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Ciencia y Tecnología "Proyecto de Iniciativa de Estrategia de Elementos", llevado a cabo en NIMS en el Centro de Iniciativa de Estrategia de Elementos para Materiales Magnéticos, tiene como objetivo desarrollar imanes de neodimio que no requieren ningún distrosio para 2017. Para lograr este objetivo, Fujitsu y NIMS trabajarán juntos, utilizando la computadora K para realizar simulaciones masivas y continuas que allanan el camino hacia el desarrollo de imanes de neodimio fuertes que no necesitan disprosio , contribuyendo a la industria japonesa en general.
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