Ученые придумали, как заменить дорогие металлы в магнитах

Физики нашли способ существенно уменьшить использование компонентов высокой стоимости при изготовлении постоянных магнитов. Материалы с предложенной структурой будут сопоставимы по мощности с современными неодимовыми и самариевыми магнитами, но при этом лишены их недостатков. Статья с описанием результатов опубликована в журнале Physical Review B.

Одним из самых распространенных сейчас типов постоянных магнитов является самарий-кобальтовый SmCo₅, кристаллическая решетка которого похожа на CaCu₅. Неодимовые магниты еще более новые и мощные, однако они проигрывают самариевым в плане работы при высоких температурах. В новой работе ученые предлагают заменить бо́льшую часть кобальта на железо, что убирает большинство недостатков, при этом удешевляя магнит и сохраняя его достоинства.

К сожалению, заменить все атомы кобальта на железо нельзя, так как гексагональная фаза становится термодинамически нестабильной, а для поддержания необходимых свойств материалам необходимо обладать именно такой структурой. Ученые смогли обойти эту проблему добавлением небольшого количества никеля. При помощи расчетов электронной структуры из первых принципов они показали, что новый магнит с формулой SmCoNiFe₃ обладает многообещающими свойствами и сможет заменить неодимовые и обычные самариевые магниты в целом спектре применений.

«Это открытие случилось очень вовремя, так как цена на кобальт поднимается и практически удвоилась за год из-за ожидаемого спроса, связанного с литий-ион-кобальтовыми аккумуляторами, — прокомментировал ведущий автор работы Пер Седерлинд из Ливерморской национальной лаборатории. — Железо же, напротив, существует в обильных количествах и весьма недорого».