Lacnejšie, ekologickejšie, a pritom mimoriadne silné. Novoobjavená trieda magnetov využíva bežne sa vyskytujúce prvky zemskej kôry namiesto čoraz ťažšie dostupných kovov vzácnych zemín.
Ťažba vzácnych zemín často produkuje toxický a rádioaktívny odpad, pretože sa vyskytujú spolu s tóriom a uránom. To je jeden z dôvodov, prečo sa ich produkcia sústreďuje do krajín s miernejšími environmentálnymi reguláciami. Zdroj: iStock/wildpixel
Dopyt po silných, výkonných magnetoch sa javí neuhasiteľný. Vzácnych zemín je však alarmujúci nedostatok, rovnako sú na tom drahé kovy. Vedci preto hľadajú alternatívy, ktoré by dokázali zabezpečiť dodávky silných magnetov z dostupných surovín.
Vedci z Georgetownskej univerzity objavili nový typ silných magnetov, ktoré nepotrebujú prvky vzácnych zemín ani drahé kovy. Ide o prelom, ktorý by mohol priniesť významný pokrok v technológiách zelenej energetiky a spotrebnej elektroniky. Od magnetov sú totiž závislé elektromotory, roboty, diagnostické prístroje, dátové úložiská či chytré telefóny.
Nevýhody vzácnych zemín a drahých kovov
Jednou z kľúčových vlastností kvalitného magnetu je takzvaná magnetická anizotropia. Ide o schopnosť magnetizácie v špecifickom smere. Práve táto vlastnosť je základom moderných magnetických technológií.
Súčasné najvýkonnejšie magnety s vysokou anizotropiou závisia od vzácnych zemín, ktoré sú drahé, ich ťažba ničí životné prostredie a tiež má na ne obrovský vplyv geopolitické napätie. Na záznamy dát sa zase používajú tenké filmy so zliatinami železa a platiny. Niet divu, že sa hľadajú lacnejšie a dostupnejšie alternatívy.
Pozrite si
Vysokoentropické boridy
Tím vedený profesormi Kaiom Liuom a Genom Yinom spolu s doktorandom Williem Beesonom objavil nový typ silných magnetov založených na boridoch s vysokou entropiou. Tieto materiály využívajú prechodné kovy hojné v prírode a bór. Sú pritom úplne bez vzácnych zemín aj drahých kovov, a tak predstavujú posun k udržateľnému dizajnu magnetov.
„Ponúkame udržateľný prístup k výrobe silných magnetov, ktoré môžu nájsť uplatnenie od magnetických pamätí až po permanentné magnety,“ povedal Liu. „Zároveň to naznačuje cestu, ako znížiť závislosť od kritických surovín.“
Vysokoentropické zliatiny obsahujú päť alebo viac prvkov v zhruba rovnakých pomeroch. V posledných rokoch sa ukázali ako mimoriadne perspektívna platforma na objavovanie nových materiálov s nečakanými vlastnosťami. Väčšina z nich však má kubickú, chemicky neusporiadanú štruktúru, ktorá nie je ideálna pre silnú magnetickú anizotropiu.
Vedci tento problém obišli tým, že sa zamerali na vysokoentropické boridy, kde bór podporuje usporiadanie atómov a nižšiu symetriu kryštálov. Konkrétne cielili na tetragonálnu kryštálovú štruktúru (tzv. fázu C16), ktorú si možno predstaviť ako kocku natiahnutú v jednom smere.
Magnety s boridmi. Zdroj: Beeson et al. 2025
Doktorand W. Beeson tieto nové materiály syntetizoval pomocou kombinatorického naprašovania, pri ktorom sa atómy viacerých prvkov dôkladne premiešajú ešte pred tým, než sa usadia na zahriatom podklade. Výhodou metódy je rýchlosť: na jednom substráte možno naraz vytvoriť desiatky vzoriek (približne päťdesiat) za rovnakých podmienok, ale s rôznym zložením.
Výsledkom je nová trieda silných magnetov, ktorá ukazuje, že budúcnosť magnetických technológií môže byť výkonnejšia, lacnejšia a udržateľnejšia. A to bez závislosti od vzácnych a geopoliticky citlivých surovín.
Trojdimenzionálne prepojené magnetické nanodrôtové siete. Zdroj: Youtube/SPICE-JGU-Mainz
Zdroj: Beeson et al. 2025, Quark
(RR)
