瞻觀前沿

賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員推出了一種突破性的材料融合，可以實(shí)現(xiàn)一種新形式的超導(dǎo)性，這對于推進(jìn)量子計(jì)算和探索理論手性馬約拉納粒子至關(guān)重要。他們的研究表明，結(jié)合磁性材料如何能夠產(chǎn)生超導(dǎo)性，標(biāo)志著創(chuàng)造手性拓?fù)涑瑢?dǎo)體的重大飛躍，并有可能開啟量子計(jì)算研究的新途徑。

這項(xiàng)新研究最近發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。這項(xiàng)工作描述了研究人員如何將兩種磁性材料結(jié)合起來，他們稱之為實(shí)現(xiàn)新興界面超導(dǎo)性的關(guān)鍵一步，他們目前正在努力實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

賓夕法尼亞州立大學(xué)亨利·W·克內(nèi)爾早期職業(yè)教授、物理學(xué)副教授、該論文的共同通訊作者Cui-Zu Chang表示，創(chuàng)建手性拓?fù)涑瑢?dǎo)體是實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞孔佑?jì)算的重要一步，可以擴(kuò)大規(guī)模以供廣泛使用。手性拓?fù)涑瑢?dǎo)需要三種成分：超導(dǎo)性、鐵磁性和一種稱為拓?fù)湫虻男再|(zhì)。在這項(xiàng)研究中，我們產(chǎn)生了一個(gè)具有這三種性質(zhì)的系統(tǒng)。

研究人員使用了一種名為分子束外延的技術(shù)，將一種具有磁性的拓?fù)浣^緣體和一種硫?qū)勹F(FeTe)堆疊在一起，這是一種很有前途的利用超導(dǎo)電性的過渡金屬。拓?fù)浣^緣體是鐵磁體——一種電子以相同方式旋轉(zhuǎn)的磁體——而FeTe是反鐵磁體，其電子以交替方向旋轉(zhuǎn)。研究人員使用了各種成像技術(shù)和其他方法來表征合成材料的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)，并證實(shí)了在材料之間的界面上存在手性拓?fù)涑瑢?dǎo)的所有三個(gè)關(guān)鍵成分。

Chang說：這實(shí)際上很有趣，因?yàn)槲覀冇袃煞N非超導(dǎo)的磁性材料，但我們把它們放在一起，這兩種化合物之間的界面產(chǎn)生了非常強(qiáng)大的超導(dǎo)性。硫族化鐵是反鐵磁性的，我們預(yù)計(jì)其反鐵磁性在界面附近會減弱，從而產(chǎn)生新興的超導(dǎo)性，但我們需要更多的實(shí)驗(yàn)和理論工作來驗(yàn)證這是否屬實(shí)，并闡明超導(dǎo)機(jī)制。

Chang表示，為手性馬約拉納的存在提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)將是創(chuàng)建拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)的關(guān)鍵一步，我們的領(lǐng)域在尋找這些難以捉摸的粒子方面經(jīng)歷了一段坎坷的過去，但我們認(rèn)為這是探索馬約拉納物理學(xué)的一個(gè)有前途的平臺。

圖片來源：攝圖網(wǎng)

技術(shù)價(jià)值觀察

中國磁性材料產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是稀土礦開采、分離及冶煉，中游是釹鐵硼的精深加工企業(yè)，下游是消費(fèi)電子和基礎(chǔ)工業(yè)等傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，以及新能源和節(jié)能環(huán)保等新興應(yīng)用領(lǐng)域。稀土永磁材料原料是稀土金屬和稀土氧化物，也是稀土產(chǎn)業(yè)鏈下游的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

賓夕法尼亞州立大學(xué)研究人員推出了一種突破性的材料融合，將兩種非超導(dǎo)的磁性材料融合，產(chǎn)生超導(dǎo)性，將是創(chuàng)建拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)的關(guān)鍵一步。因此，從磁性材料產(chǎn)業(yè)鏈上看，該技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈的中游磁性材料環(huán)節(jié)。

 

宏觀市場觀察

——行業(yè)發(fā)展歷程：第三代磁性材料應(yīng)用范圍廣泛

總體看來，稀土永磁材料是金屬系和鐵氧體系之后開發(fā)成功的第三代永磁材料。稀土永磁材料自60年代問世以來，一直保持高速發(fā)展，按其開發(fā)應(yīng)用的時(shí)間順序可分為四代：第一代為釤鈷永磁(SmCo5)系材料;第二代是釤鈷永磁(Sm2Co17)系磁體;第三代稀土永磁則為80年代初期開發(fā)成功的釹鐵硼系磁性材料，因其優(yōu)異的性能和較低的價(jià)格很快在許多領(lǐng)域取代了釤鈷永磁磁體，并快速實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn);第四代為稀土鐵氮和稀土鐵碳。據(jù)業(yè)內(nèi)專家估計(jì)，被寄予厚望的第四代稀土永磁材料形成成熟工藝走向?qū)嵱弥辽龠€需幾十年。

——全球磁性材料行業(yè)企業(yè)競爭格局：日本企業(yè)成寡頭態(tài)勢

在磁性材料的低端市場，生產(chǎn)企業(yè)眾多，產(chǎn)品同質(zhì)化，市場競爭激烈;而在高端市場，日本處于寡頭壟斷低位。歐美等國家由于生產(chǎn)磁性材料成本過高，紛紛關(guān)掉國內(nèi)的磁性材料生產(chǎn)公司將工廠轉(zhuǎn)移到亞洲，目前全球磁性材料生產(chǎn)主要集中在日本和中國，從國際著名磁性材料公司來看，日本是磁性材料技術(shù)領(lǐng)跑者，而中國磁性材料是產(chǎn)能領(lǐng)跑者，市場占有率高。

在永磁鐵氧體產(chǎn)品生產(chǎn)方面，日本TDK公司、住友金屬株式會社、日立金屬等國際大公司具有十分強(qiáng)的競爭力。軟磁鐵氧體產(chǎn)品則面臨來自日本TDK、EPCOS、荷蘭PLILIPS、日本FDK等跨國公司的競爭。

——全國磁性材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模

通常所說的磁性材料是指強(qiáng)磁性物質(zhì)，是古老而用途十分廣泛的功能材料，而物質(zhì)的磁性早在3000年以前就被人們所認(rèn)識和應(yīng)用，例如中國古代用天然磁鐵作為指南針。早期的磁性材料主要是軟鐵、硅鋼片、鐵氧體等;二十世紀(jì)六十年代起，非晶態(tài)軟磁材料、納米晶軟磁材料、稀土永磁材料等一系列的高性能磁性材料相繼出現(xiàn)。磁性材料廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)及聲像記錄用大容量存儲裝置如磁盤、磁帶，電工產(chǎn)品如變壓器、電機(jī)，以及通訊、無線電、電器和各種電子裝置中，是電子和電工工業(yè)機(jī)械行業(yè)和日常生活中不可缺少的材料之一。

磁性材料種類眾多，從功能上主要分為軟磁材料、永磁材料、矩磁材料、旋磁材料、壓磁材料五類。

根據(jù)對中國磁性材料中永磁和軟磁各個(gè)細(xì)分行業(yè)的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)匯總得到中國磁性材料行業(yè)的總體產(chǎn)量規(guī)模，從趨勢來看，2018年及以后中國磁性材料產(chǎn)量迎來了較為明顯的增長，2021年中國磁性材料生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到112.9萬噸，較上年同期水平有較大的增長趨勢。

——行業(yè)發(fā)展特點(diǎn)：中小型企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位

目前，中國磁性材料行業(yè)處于高速發(fā)展期，得益于中國豐厚的磁性材料儲量，全球超過70%的磁性材料供給來源于中國，但是同時(shí)，中國磁性材料的發(fā)展也存在大而不精的問題，中國磁性材料行業(yè)大概可以歸納為三個(gè)主要特征：

——碳達(dá)峰、碳中和愿景的提出對磁性材料行業(yè)的影響分析

2030碳達(dá)峰、2060碳中和愿景的提出將中國的綠色發(fā)展之路提升到新的高度，將成為未來數(shù)十年中國經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展的主基調(diào)。碳達(dá)峰、碳中和有利于建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系，建立清潔、低碳、高效、安全的現(xiàn)代化能源生產(chǎn)和消費(fèi)體系，加快形成綠色生產(chǎn)方式和生活方式，助推經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，是促進(jìn)磁性材料行業(yè)的技術(shù)工藝提升，高質(zhì)量轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展的催化劑。

——行業(yè)未來走勢分析：高端化應(yīng)用場景將走向主流

在碳達(dá)峰、碳中和背景下，我國能源結(jié)構(gòu)將持續(xù)優(yōu)化，永磁材料在節(jié)能家電、新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電等低碳經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中將得到更為廣泛的應(yīng)用，我國企業(yè)也將進(jìn)行進(jìn)一步的整合，以橫店東磁、中科三環(huán)為首的國內(nèi)行業(yè)龍頭企業(yè)未來將具備更加強(qiáng)筋的國際競爭力。

中國磁性材料技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，與磁性材料關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)關(guān)聯(lián)的城市集群主要集中在華南和華東地區(qū)，并且以廣東、浙江省為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，未來布局磁性材料技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展路徑，極大可能性在于華南華東優(yōu)先導(dǎo)入，其中可重點(diǎn)關(guān)注廣東省廣州市天河區(qū)、廣東省深圳市龍華區(qū)、寶安區(qū)及浙江省寧波市鄞州區(qū)、江北區(qū)所處磁性材料的相關(guān)企業(yè)，以及該地方對于磁性材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資環(huán)境、供給市場的潛力空間。

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標(biāo)簽： 磁性材料 永磁 超導(dǎo) 隨筆