Ученые Кембриджского университета (Великобритания) обнаружили потенциальный новый метод получения сырья для изготовления высокоэффективных постоянных магнитов, используемых в ветряных турбинах и электромобилях, что позволяет обойтись без редкоземельных элементов, 70 процентов которых добывается в Китае. В качестве замены предлагается использовать сплав тетратенит, в естественных условиях образующийся в метеоритах. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Science.
Минерал тетратенит является самородным сплавом из железа (Fe) и никеля (Ni), который образуется в железных метеоритах, имеет высокоупорядоченную кристаллическую структуру и проявляет постоянную намагниченность. Специалисты давно рассматривают его в качестве замены таким редкоземельным металлам, как самарий и неодим, использующимся в постоянных магнитах. Важным фактором, определяющим магнитные свойства тетратенита, является тетрагональная структура. Предполагается, что она возникает из кубической фазы Fe-Ni при сверхмедленном охлаждении метеоритов со скоростью менее 0,01 кельвина в год, что занимает миллионы лет.
В 1960-х годах ученым удалось искусственно сформировать тетратенит путем бомбардировки сплавов железа и никеля нейтронами, что позволило атомам сформировать желаемую упорядоченную стопку. До сих пор тетратенит пытались получить в лаборатории в больших количествах с использованием таких методов, таких как ускорение диффузии атомов при облучении частицами (нейтронами, электронами или ионами) или пластическая деформация кубического кристалла, когда происходит необратимое смещение межатомных связей. Также исследовались способы вырастить кристаллы тетратенита «с нуля» с помощью циклов окисления-восстановления, азотирования-диазотирования или другими способами. Однако во многих случаях получали лишь небольшое количество тетратенита.
В новом исследовании ученые показали, что при изменении химического состава исходного материала можно добиться получения нужной минеральной фазы при скорости охлаждения на 11-15 порядков выше, чем это происходит в метеоритах. Исходные сплавы никеля и железа включали фосфор с содержанием, которое близко к его количеству в метеоритах, а тетратенит получали обычным литьем в дуговой сталеплавильной печи. Фосфор заставляет атомы железа и никеля двигаться быстрее, позволяя им формировать необходимую упорядоченную стопку всего за несколько секунд.
По словам авторов работы, результаты исследования ставят под сомнение гипотезу, что эта упорядоченная фаза образуется в метеоритах в основном из-за их сверхмедленного охлаждения. Также необходимо провести дополнительные исследования, чтобы понять, действительно ли полученная фаза подходит для создания высокоэффективных магнитов.