优质永磁体

现代的铁基或者铁氧体磁铁，在价廉和原材料丰富上各有一个钩，它们的磁性相对也足够强，而且抗腐蚀性也独占鳌头，但它们有一个致命缺点：能量密度太低。这意味着，如果想要强磁场的话，你就要用大得可怕的一堆铁氧体做成一块巨型磁铁。

但在如今这个精雕细琢的电子时代，我们需要身形更为玲珑的磁铁。但如何才能造出这样的磁铁来呢？固体材料中大量的电子和它们之间的自旋相互作用过于复杂了，理论物理学家想要精确判断它们的行为，简直毫无胜算。因此，制造更优良磁铁很大程度上都依赖于冶金学家的黑暗魔法：混合各种可能的元素，然后放入磁场，看命运之轮会如何变化。
当然，选秀中的最大明星还要数由稀土元素钕加上铁和硼制成的钕铁硼永磁。在上世纪90年代之前，这些钕系磁铁得到了突飞猛进的发展，以至于指甲盖那么大一块磁铁产生的磁场，比整个地球铁质核心的磁场还要强数千倍。

寻找稀土替代品

这次紧缺的源头，并非个人消费电子。”你看到的每一台电脑，里面都有大约50克磁铁，”美国爱荷华州立大学的磁学研究者威廉姆·麦卡勒姆说道。而对于数百万台这样的设备而言， 所需磁铁的总量就非常可观了。风力发电机、电动汽车和电动自行车中的马达必须强大而且轻巧，只有钕铁硼永磁体才能二者得兼。每辆电动汽车马达都需要大约2千克钕磁；而一座能输出百万千瓦电能的风力发电机，需要大约2/3吨。仅风力发电机一项，就让磁铁需求在2010到2015年攀升7倍。

预计到 2015年，全球产业界对磁铁的需求可能就会造成供不应求的局面。通过重新开启美国加州关隘山的矿井，以及在澳大利亚新开矿井，稀土的这种短缺可以得到部分缓解，但这也只是杯水车薪而已。电动汽车、风力发电机或是任何马达轰鸣的地方，运行温度都很高，这意味着需要往钕磁中掺入大量镝才能确保磁性稳定。而镝恰恰是美国和澳大利亚矿井中缺乏的稀土元素，这东西只在中国矿井中富足。

因此，业界对新型超级磁铁的需求已经越来越迫切了。在美国，能源部作为先锋已经开始倡导研发新型磁铁。被缩称为”反击”（React）的”关键技术中稀土替代品”（Rare Earth　Alternatives　in　Critical　Technologies）项目由14个不同的小组构成，总投入为2200万美元。

铈带上磁场

而麦卡勒姆的思路则是，让铈带上磁场。尽管铈是稀土金属，但在关隘山的矿藏中它却丰盛有余，约占该矿稀土元素总重量的一半。”如果成功了，整个稀土产业经济将因此改观，”麦卡勒姆憧憬着未来。但它的磁性高度不稳定，特别是在某些关键的高温范围。

麦卡勒姆的工作主要是，通过向结构中加入一些足够铁面的元素原子，让铈原子有礼送不出。不过即便可行，铈也不可能像钕那样大放异彩，好在它也并未肩负这个重任。他解释说，”看一下稀土金属磁铁和非稀土金属磁铁的区别，真可谓天悬地隔。”因此，任何由非罕见材料制成的磁铁，只要能在这个空当区中占据一席之地，都会先让镝退烧，然后让钕降温。