Изследователи от университета Джорджтаун са открили нов клас силни магнити, които не разчитат на редкоземни или благородни метали - пробив, който би могъл значително да подобри технологиите за чиста енергия и потребителската електроника като двигатели, роботика, апарати за ядрено-магнитен резонанс, съхранение на данни и смартфони.
Ключова характеристика на магнита е способността на неговото намагнитване силно да предпочита специфична посока, известна като магнитна анизотропия, която е крайъгълно свойство за съвременните магнитни технологии.
 |
|
| Вляво: немагнитен образец без привилегировано направление. | Вдясно: магнитен образец с привилегировано направление. |
| Илюстрация: elementy.ru | |
Днес най-силните анизотропни материали за постоянни магнити зависят силно от редкоземни елементи, които са скъпи, вредни за околната среда и уязвими към прекъсвания на веригата за доставки и геополитическа нестабилност. За приложения с тънки филми, някои сплави от желязо и платина са се превърнали в предпочитани материали за магнитни носители за запис от следващо поколение, които съдържат благороден метал платина. Следователно намирането на високопроизводителни алтернативи, базирани на изобилстващи на Земята елементи, е дългогодишно научно и технологично предизвикателство.
Екип, ръководен от професорите Кай Лиу (Kai Liu) и Ген Ин (Gen Yin) и докторанта Уили Бийсън (Willie Beeson) в катедрата по физика в Колежа по изкуства и науки към Университета Джорджтаун, наскоро откри нов тип силни магнити, базирани на бориди с висока ентропия, използващи широко разпространени в земните среди преходни метали и бор. Материалите не съдържат нито редкоземни, нито благородни метали, което предлага убедителна нова стратегия за устойчив дизайн на магнити.
Резултатите им са публикувани в списанието Advanced Materials.
"Предлагаме устойчив подход за създаване на силни магнити, които могат да се използват за много приложения, от бъдещи магнитни носители за запис до постоянни магнити", обяснява Лиу, един от старшите автори на изследването. "По-важното е, че това сочи към потенциала за облекчаване на зависимостта от критични материали за магнити и други приложения."
Високоентропийните сплави са материали, съдържащи пет или повече елемента в почти равни пропорции. Наскоро те се очертават като мощна платформа за откриване на материали. Огромното им композиционно пространство позволява достъп до нови електронни структури и свойства. Повечето изследвания на такива сплави обаче се фокусират върху химически неподредени кубични структури, които са неподходящи за силна магнитна анизотропия, предпочитаща по-ниска кристална симетрия.
Изследователите преодоляват това ограничение, като се фокусират върху бориди с висока ентропия, където борът стимулира химическото подреждане и кристалните структури с по-ниска симетрия. Те се насочват към кристална структура с тетрагонална симетрия – представете си разтягане на куб по едната му страна – наречена C16 фаза. Тази структура е известна в материали на основата на бор, изработени от два или три елемента, но е до голяма степен неизследвана в по-сложни материали.
Бийсън синтезира тези бориди с висока ентропия, използвайки метод на комбинаторно разпрашване в лабораторията на Лиу, при който атомите на множеството целеви материали се смесват добре, докато бъдат събрани върху нагрят субстрат. Този подход също така позволи бързо изследване на голям брой материални състави. Върху един субстрат могат да бъдат направени едновременно около 50 проби при идентични условия, но с различни състави.
"Продължаваме да изследваме още по-добри постоянни магнити или носители на записи с различни състави върху различни основни кристални структури", разказва Ин, другият старши автор на изследването. "С помощта на машинното обучение се надяваме да постигнем по-бърз напредък."
Въздействие и приложения
Резултатите установяват стратегия за синтез с висока ентропия, подпомогната от бор, за постигане на силна магнитна анизотропия, използвайки само изобилстващи на Земята елементи. Тези материали са особено обещаващи за приложения, които изискват висока анизотропия, като например:
- Термоподпомогнати магнитни носители за запис
- Спинтронни устройства и магнитни тунелни връзки
- Енергийно ефективни постоянни магнити без редкоземни елементи
Като демонстрира, че висока магнитна анизотропия може да бъде създадена без редкоземни елементи, използвайки само изобилни преходни метали, това изследване открива нови пътища към устойчиви магнитни технологии. Отвъд магнетизма, тази работа подчертава огромния и до голяма степен неизследван потенциал на подредените материали с висока ентропия като платформа за откриване на усъвършенствани функционални свойства.
Справка: Willie B. Beeson et al, C16 Phase High Entropy Borides With High Magnetic Anisotropy, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202516135
Източник: New class of strong magnets uses earth-abundant elements, avoids rare-earth metals, Kelyn Soong, Georgetown University Medical Center
Още по темата
Физика
Мощни магнити биха могли да откриват високочестотни гравитационни вълни
Физика
Квантов пробив, при който светлината прави материалите магнитни
Технологии
Революционна технология без гравитация: Нов материал задвижва магнитната левитация (видео)
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Прост Човек
Колко бързо става квантовото вплитане? Учени го изследват в атосекунден мащаб
Прост Човек
Последната теорема на Стивън Хокинг преобръща времето и причинността
Прост Човек
Разрязването на фотон на две създава безкраен рояк от частици
zlatkov
Учени сканират 74 милиона радиосигнала от междузвезден обект за признаци на извънземни технологии