普通材料創造高效磁鐵，有望終結稀土依賴
美國德州大學阿靈頓分校領導的國際研究團隊，近日於《Nature Communications》發表突破性發現：普通鐵氧體（Fe₃O₄）奈米粒子在極高壓力下，會自組裝成微小鏈狀結構，並產生傳統僅見於稀土金屬的高磁各向異性（magnetic anisotropy）。這一特性將有機會用於製造新一代強磁鐵，並大幅減少對昂貴、難以開採的稀土金屬依賴。
研究團隊運用鑽石壓砧裝置（diamond anvil cell），對鐵氧體奈米粒子施加高達18.8 GPa（約18萬大氣壓）的壓力，發現粒子排列成鏈後，磁性顯著提升。電子顯微鏡與小角X光散射（SAXS）圖像證實這一現象。團隊領導人劉建平教授（暫譯，英文J. Ping Liu）指出，傳統凝態物理認為高磁各向異性只可能由重元素如稀土金屬產生，這次結果顛覆過往認知。
稀土礦產開採精煉成本高+污染嚴重
稀土金屬（如釹、釤等）目前廣泛應用於高效能永磁體，是風力發電機、電動車馬達、醫療成像及消費電子的核心材料。但稀土礦產分布分散，開採與精煉成本高且污染嚴重，成為全球產業鏈的瓶頸。鐵氧體則來源豐富、成本低且環境友善。
本研究成果，為以普遍存在的鐵氧體開發新型高性能磁性材料帶來契機，有望用於硬碟、馬達、風電機組甚至醫學影像等領域，兼顧性能、經濟與永續。未來若能進一步掌控奈米結構與組裝過程，有機會研製取代稀土的新型強磁體，並推動消費電子、再生能源及生醫工程的發展。
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首圖來源：Nature Communications(CC BY 4.0)
參考論文：
1、Superstructure magnetic anisotropy in Fe3O4 nanoparticle chains
延伸閱讀：
1、AI發現新型「無稀土磁鐵」，產速是人工的200倍