Новая магнитная технология позволит обойтись без редкоземельных металлов
Международная группа специалистов из Техасского университета в Арлингтоне, Сандийских национальных лабораторий и Дунайского университета в Австрии под руководством профессора физики Цзэ-Пина Лю обнаружила новый тип магнитной анизотропии — это ключевая характеристика, которая определяет силу магнита. И, что самое удивительное, что этот эффект был зафиксирован в наночастицах оксида железа, другими словами, в микроскопических крошках обыкновенной ржавчины после того, как они подверглись экстремальному давлению.
До настоящего времени считалось, что высокая магнитная анизотропия возможна только в материалах, которые содержат тяжелые элементы, в частности, редкоземельные металлы. Именно они используются в производстве самых мощных магнитов, которые сейчас широко применяются в электронике, медицине, производстве электромобилей и возобновляемой энергетике. Однако редкоземельные элементы труднодоступны: они хоть и не являются редкостью в буквальном смысле этого слова, но они очень рассеяны в земной коре, и поэтому их очень сложно и дорого добывать и очищать.
Новое открытие дает надежду на то, что в будущем можно будет создавать высокоэффективные магниты из гораздо более распространенных материалов без той нагрузки на экологию, которую создает добыча редкоземов. Ученые применили давление до 18,8 гигапаскалей — примерно в 180 тысяч раз больше атмосферного — к наночастицам оксида железа, используя специальное устройство — алмазную ячейку. Под действием экстремально высокого давления частицы выстраивались в тонкие цепочки, при этом их магнитные свойства значительно усиливались. Именно в этом упорядоченном состоянии частиц в них и возник новый тип магнитной анизотропии.
Авторы исследования подчеркивают, что дальнейшее изучение этих структур может стать основой для создания принципиально новых магнитных материалов. Их можно будет использовать в широком спектре технологий — от жестких дисков и более эффективных электродвигателей до инноваций в медицине и науке. Важно и то, что удешевление производства магнитов за счет отказа от редкоземельных компонентов позволит заметно снизить себестоимость высокотехнологичной продукции.
Находка ученых уже вызвала живой интерес в научном сообществе. По мнению профессора Лю, это лишь начало принципиально нового этапа в изучении магнитных материалов, где привычные физические законы пересматриваются в свете новых данных. Если удастся достичь стабильности полученных под давлением структур в более мягких условиях и масштабировать процесс, это станет настоящим прорывом в материаловедении и разработке магнитов будущего.
Ранее ученые разработали уникальную молекулу-магнит, которая увеличит емкость жестких дисков в 100 раз.
