Новий клас сильних магнітів на основі поширених елементів відкриває перспективу створення сталих технологій без використання рідкісноземельних або дорогоцінних металів.
Міждисциплінарна команда з Джорджтаунського університету на чолі з професорами Каем Лю та Геном Іном, а також аспірантом Віллі Бісоном, представила новий клас високоефективних магнітних матеріалів – високентропійні бориди на основі перехідних металів. Ці матеріали демонструють високий рівень магнітної анізотропії – “перевагу намагніченості орієнтуватися в певному напрямі”, що є ключовою характеристикою сучасних постійних магнітів. «Ми пропонуємо сталий підхід до створення сильних магнітів для широкого спектра застосувань», – зазначив професор Лю. Основна перевага – повна відмова від рідкісноземельних і дорогоцінних металів, що дає змогу зменшити екологічне навантаження та вартість.
Високентропійні сплави – це матеріали, що містять п’ять або більше елементів у майже рівних пропорціях, створюючи “величезний простір для відкриття нових властивостей”. Проте більшість досліджень зосереджена на кубічних структурах, які не сприяють сильній анізотропії. Дослідники зосередилися на боридних структурах з тетрагональною симетрією типу C16 – дещо витягнутому кубі, що надає перевагу напрямленій магнітній орієнтації. «Ми вперше реалізували впорядковані бориди з такою структурою на основі 3d-металів», – повідомив Бісон.
Синтез матеріалів здійснювали методом комбінаційного напилення – сучасною технікою, яка дозволяє створити десятки зразків на одній підкладці, варіюючи їхній склад. Це значно прискорює пошук оптимальної формули. На підтвердження експериментальних результатів, теоретичні розрахунки в рамках методу функціонала густини (DFT) продемонстрували відповідність між електронною структурою, кількістю валентних електронів і магнітними властивостями. «Ми плануємо надалі шукати ще ефективніші магніти, використовуючи машинне навчання для прискорення процесу», – додав професор Інь.
Нові бориди демонструють анізотропію, порівнянну з рідкісноземельними магнітами, що є рекордним показником серед відомих сполук без таких металів. Це відкриває шлях до створення енергоефективних пристроїв – від носіїв інформації до магнітних сенсорів та електродвигунів. Дослідження підкреслює не лише потенціал цих матеріалів у магнетизмі, а й загальну важливість впорядкованих високентропійних структур як універсальної платформи для нових функціональних властивостей.