Учёные создали мощные магниты без редкоземельных металлов

Исследователи из Джорджтаунского университета открыли новый класс сильных магнитов, не использующих редкоземельные или драгоценные металлы. Это достижение может значительно продвинуть технологии чистой энергии и потребительскую электронику, такую как двигатели, робототехника, аппараты МРТ, системы хранения данных и смартфоны.

Ключевым параметром магнита является магнитная анизотропия — способность его намагниченности сильно предпочитать определённое направление. Сегодня самые сильные материалы для постоянных магнитов зависят от редкоземельных элементов, которые дороги, экологически вредны при добыче и уязвимы в цепочках поставок. Для тонкоплёночных применений часто используются сплавы железа и платины.

Команда под руководством профессоров Кая Лю и Гена Иня, а также аспиранта Уилли Бисона, обнаружила новый тип сильных магнитов на основе высокоэнтропийных боридов, используя широко распространённые переходные металлы и бор. Их результаты опубликованы в журнале Advanced Materials.

«Мы предлагаем устойчивый подход к созданию сильных магнитов, которые могут использоваться для многих применений, — сказал Кай Лю. — Что более важно, это указывает на потенциал для снижения зависимости от критически важных материалов для магнитов».

Исследователи преодолели ограничения, сфокусировавшись на высокоэнтропийных боридах, где бор способствует химическому упорядочиванию и структурам с низкой симметрией. Они синтезировали материалы с тетрагональной кристаллической структурой (фаза C16), используя комбинаторный метод распыления.

Ключевые выводы:

• Открыт новый класс сильных магнитов на основе высокоэнтропийных боридов в структуре C16, использующих распространённые переходные металлы.
• Введение нескольких металлов и систематическое изучение состава позволило значительно увеличить магнитную анизотропию.
• Новые составы демонстрируют сильную анизотропию, приближающуюся к показателям редкоземельных магнитов и превосходящую ранее заявленные значения для безредкоземельных высокоэнтропийных материалов.
• Расчёты теории функционала плотности подтвердили экспериментальные тенденции.

«Мы продолжаем исследовать ещё более совершенные постоянные магниты или носители для записи с различными составами и кристаллическими структурами, — сказал Ген Инь. — С помощью машинного обучения мы надеемся добиться более быстрого прогресса».

Эти материалы особенно перспективны для применений, требующих высокой анизотропии: тепловая магнитная запись, спинтронные устройства и энергоэффективные постоянные магниты без редкоземельных элементов. Работа открывает новые пути к созданию устойчивых магнитных технологий.