فلزات خاکی کمیاب قرار است در مرکز “انقلاب سبز” قرار گیرند زیرا آهنرباهای با عملکرد بالا را در زیرساخت‌های تجدیدپذیر مانند توربین‌های بادی، لوازم با فناوری پیشرفته و خودروهای الکتریکی ارائه می‌کنند. با این حال، دستیابی به این مواد بسیار مورد توجه، همیشه آسان نیست.
این آهنرباها از موادی به نام “فلزات نادر خاکی” ساخته می‌شوند که به دلیل خاصیت مغناطیسی قوی خود، برای این کاربردها بسیار مناسب هستند. با این حال، فلزات نادر خاکی منابع کمیاب و گران قیمتی هستند و استخراج آنها می‌تواند به محیط زیست آسیب برساند. البته عده‌ای نیز معتقدند که این فلزات علیرغم نامشان، دقیقاً کمیاب نیستند، اما در سطح پوسته زمین در غلظت‌های نسبتاً کم پراکنده هستند. بنابراین، استخراج معادن می‌تواند مشکل باشد و خطرات زیست محیطی خود را به دنبال داشته باشد.
در حال حاضر، چین بر این بازار مسلط است و حدود 81 درصد از خاک‌های کمیاب را در سراسر جهان در سال 2017 به خود اختصاص داده است. آنها قبلاً ممنوعیت صادرات فلزات کمیاب را در پاسخ به تنش‌های ژئوپلیتیکی با ایالات متحده صادر کرده‌اند.
ایالات متحده و سایر کشورهای پیشرفته جهان به دنبال رقابت در این زمینه هستند. به عنوان مثال، کالیفرنیا دارای معدن Mountain Pass است که تنها مرکز استخراج و پردازش خاک کمیاب در ایالات متحده است. با این وجود، علاقه فزاینده‌ای به گزینه‌های جایگزین وجود دارد.
ذخایر خاکی کمیاب در جاهای دیگر وجود دارد، اما عملیات استخراج آنها بسیار مخرب است: شما باید مقدار زیادی از مواد را استخراج کنید تا حجم کمی از خاک‌های کمیاب به دست آورید. پروفسور لیندسی گریر (Professor Lindsay Greer) از دپارتمان علم مواد و متالورژی دانشگاه کمبریج در اکتبر 2022 در بیانیه‌ای گفت: بین تأثیرات زیست‌محیطی و وابستگی شدید به چین، جستجوی فوری برای مواد جایگزینی وجود دارد که به خاک‌های کمیاب نیاز ندارند.
در سال 2022، پروفسور گریر و تیمش به طور تصادفی به یک پاسخ احتمالی رسیدند: تتراتانیت (tetrataenite)، آلیاژ آهن-نیکل (iron-nickel alloy) که حاوی بسیاری از خواص مغناطیسی موجود در فلزات خاکی کمیاب است.
تا همین اواخر، یک مانع بزرگ در استفاده از این کانی کیهانی وجود داشت. تتراتانیت در شهاب سنگ‌هایی که از فضا افتاده‌اند یافت می‌شود. خواص آن مرهون ساختار اتمی است که در طی میلیون‌ها سال با سرد شدن آهسته شهاب‌سنگ شکل می‌گیرد.
در دهه 1960، دانشمندان توانستند با انفجار آلیاژهای آهن و نیکل با نوترون، تتراتانیت مصنوعی ایجاد کنند، اما این تکنیک پیچیده و پرهزینه است و برای تولید انبوه مناسب نیست. سپس، در سال 2022، پیشرفتی رخ داد. دانشمندان دانشگاه کمبریج به سرپرستی پروفسور گریر یک راه بسیار ساده برای تولید انبوه تتراتانیت پیدا کردند.
آنها با آلیاژهای آهن و نیکل کار می‌کردند و دریافتند که فسفر، عنصری که در شهاب سنگ‌ها نیز یافت می‌شود، به حرکت سریع‌تر اتم‌های آهن و نیکل کمک می‌کند. این به اتم‌ها اجازه می‌دهد تا بدون انتظار میلیون‌ها سال، به این پشته مرتب شده پیچیده تبدیل شوند. بر اساس مطالعه آنها، ترکیب مناسب آهن، نیکل و فسفر تشکیل تتراتانیت را بین 11 تا 15 مرتبه افزایش داد.
گریر گفت: «آنچه بسیار شگفت‌انگیز بود این بود که نیازی به روش خاصی نبود: ما فقط آلیاژ را ذوب کردیم، آن را در قالب ریختیم و تتراتانیت داشتیم. دیدگاه قبلی در این زمینه این بود که شما نمی‌توانید تتراتانیت را دریافت کنید، مگر اینکه کاری افراطی انجام دهید، زیرا در غیر این صورت، باید میلیون‌ها سال منتظر بمانید تا شکل بگیرد. این نتیجه نشان دهنده یک تغییر کلی در نحوه تفکر ما در مورد این مواد است.
هنوز سؤالاتی در مورد اینکه آیا این فرآیند می‌تواند برای ساخت تتراتانیت با همان ویژگی‌های مغناطیسی مورد نیاز برای توسعه زیرساخت‌های تجدیدپذیر مورد استفاده قرار گیرد، وجود دارد.
