Во многих наших электронных и бытовых устройствах используются узлы и механические детали, изготовленные из редкоземельных элементов. Не исключением являются и более крупногабаритные вещи, турбины ветряных генераторов, двигатели электромобилей, в которых применяются сильные магниты. Несмотря на их название, редкоземельные элементы на самом деле не столь редки, однако их добыча, извлечение и очистка являются сложными процессами, наносящими непоправимый ущерб экологической обстановке.
Поэтому различные группы ученых занимаются проблемой использования редкоземельных элементов с разных сторон. Одни ищут пути их извлечения для повторного использования из старых батарей, электроники и даже из сточных вод. А другие ученые работают в направлении замены редкоземельных элементов другими материалами, способными выполнять те же самые функции.
В последнем направлении работает группа ученых из Кембриджа, которые исследуют так называемый тетраэнит (tetrataenite, L10 Fe50Ni50), необычный сплав железа и никеля, атомы которых организованы в виде сложной трехмерной структуры. Именно эта структура придает тетраэниту сильные магнитные свойства, схожие со свойствами магнитов из редкоземельных металлов.
Проблема заключается в том, что тетраэнит в природе встречался только в обломках метеоритов, упавших на Землю. Ученые считают, что формирование кристаллической структуры тетраэнита в космосе происходило в течение миллионов лет. В лабораторных условиях он синтезируется гораздо быстрее, но найденные ранее методы его синтеза совершенно не подходят для условий массового производства.
При более тщательном исследовании образцов метеоритного тетраэнита ученые нашли в составе этого материала атомы фосфора. Как показали результаты математического моделирования, именно атомы фосфора несут ответственность за необходимое взаимное расположение атомов железа и никеля в кристаллической решетке. Дальше все оказалось совсем просто, ученые смешали порошки железа, никеля и фосфора в необходимых пропорциях, расплавили все это и обнаружили, что кристаллы тетраэнита сформировались в таких условиях за считанные секунды, минимум в 15 раз быстрей, чем этого удавалось добиться ранее.
Ученые считают, что данное достижение даст людям в ближайшем будущем весьма хорошую альтернативу магнитам из редкоземельных металлов. А пока им предстоит проделать еще массу работы по точному подбору параметров процесса синтеза этого материала и по более точным исследованиям его магнитных свойств, механических и других параметров.