Ученые сделали неожиданное открытие, способное радикально изменить подход к созданию магнитных материалов и существенно уменьшить зависимость от редкоземельных металлов.
Международная команда экспертов из Техасского университета в Арлингтоне, Сандийских национальных лабораторий и Дунайского университета в Австрии под руководством профессора физики Цзэ-Пина Лю обнаружила новый вид магнитной анизотропии — это ключевая характеристика, определяющая силу магнита. И, что наиболее удивительно, этот эффект был выявлен в наночастицах оксида железа, то есть в микроскопических частицах обычной ржавчины, после того как они подверглись сильному давлению.
До сих пор считалось, что высокая магнитная анизотропия возможна лишь в материалах, содержащих тяжелые элементы, в частности редкоземельные металлы. Именно они применяются в производстве самых мощных магнитов, которые сейчас широко используются в электронике, медицине, производстве электромобилей и возобновляемой энергетике. Однако редкоземельные элементы не так легко доступны: они, хотя и не являются редкостью в буквальном смысле, но очень разрознены в земной коре, поэтому их сложно и дорого добывать и очищать.
Новое открытие внушает надежду на то, что в будущем можно будет создавать высокоэффективные магниты из гораздо более распространенных материалов без той экологической нагрузки, которую создает добыча редкоземельных металлов. 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, и их магнитные свойства значительно усиливались. Именно в этом упорядоченном состоянии частиц и возник новый тип магнитной анизотропии.
Авторы исследования акцентируют внимание на том, что дальнейшее изучение этих структур может стать основой для создания новых магнитных материалов. Их можно будет использовать в различных технологиях — от жестких дисков и более эффективных электродвигателей до новшеств в медицине и науке. Также важно, что удешевление производства магнитов за счет отказа от редкоземельных компонентов позволит значительно снизить себестоимость высокотехнологичной продукции.
Находка ученых уже привлекла живой интерес среди специалистов. По мнению профессора Лю, это только начало 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.
Фото: hi-tech.mail.ru