Un magnete al neodimio (noto anche come NdFeB, NIB o Neo magnete), il tipo più utilizzato di magnete in terre rare, è un magnete permanente costituito da una lega di neodimio, ferro e boro per formare la struttura cristallina tetragonale Nd2Fe14B. Sviluppato in modo indipendente nel 1982 da General Motors e Sumitomo Special Metals, i magneti al neodimio sono il più potente tipo di magnete permanente disponibile in commercio. Hanno sostituito altri tipi di magneti in molte applicazioni in prodotti moderni che richiedono forti magneti permanenti, come motori in utensili cordless, hard disk e dispositivi di fissaggio magnetici.
Il neodimio è un metallo che è ferromagnetico (più specificamente mostra proprietà antiferromagnetiche), il che significa che come il ferro può essere magnetizzato per diventare un magnete, ma la sua temperatura di Curie (la temperatura oltre la quale scompare il ferromagnetismo) è 19 K (-254 ° C ), quindi in forma pura il suo magnetismo appare solo a temperature estremamente basse. Tuttavia, i composti di neodimio con metalli di transizione come il ferro possono avere temperature di Curie ben al di sopra della temperatura ambiente, e questi sono usati per realizzare magneti al neodimio.
La forza dei magneti al neodimio è dovuta a diversi fattori. Il più importante è che la struttura cristallina Nd 2 Fe 14 B tetragonale ha un'anisotropia magnetocristallina monoassiale eccezionalmente alta ( H A ~ 7 T - intensità di campo magnetico H in unità di A / m contro momento magnetico in A · m 2 ). Ciò significa che un cristallo del materiale si magnetizza preferenzialmente lungo uno specifico asse cristallino ma è molto difficile da magnetizzare in altre direzioni. Come altri magneti, la lega di magneti al neodimio è composta da grani microcristallini che sono allineati in un potente campo magnetico durante la fabbricazione, quindi i loro assi magnetici puntano tutti nella stessa direzione. La resistenza del reticolo cristallino a ruotare la sua direzione di magnetizzazione conferisce al composto una coercitività molto alta o una resistenza ad essere smagnetizzato.
L'atomo di neodimio può anche avere un grande momento di dipolo magnetico perché ha 4 elettroni spaiati nella sua struttura elettronica rispetto a (in media) 3 in ferro. In un magnete, sono gli elettroni spaiati, allineati in modo che ruotino nella stessa direzione, che genera il campo magnetico. Ciò conferisce al composto Nd 2 Fe 14 B una magnetizzazione ad alta saturazione ( J s ~ 1,6 T o 16 kG) e tipicamente 1,3 tesla. Pertanto, poiché la massima densità di energia è proporzionale a J s 2 , questa fase magnetica ha il potenziale per immagazzinare grandi quantità di energia magnetica ( BH max ~ 512 kJ / m 3 o 64 MG · Oe). Questo valore di energia magnetica è circa 18 volte maggiore dei magneti "ordinari" in volume. Questa proprietà è più elevata nelle leghe NdFeB che nei magneti samario cobalto (SmCo), che erano il primo tipo di magnete in terre rare da commercializzare. In pratica, le proprietà magnetiche dei magneti al neodimio dipendono dalla composizione della lega, dalla microstruttura e dalla tecnica di fabbricazione utilizzata.
La struttura cristallina Nd 2 Fe 14 B può essere descritta come strati alternati di atomi di ferro e un composto di boro al neodimio. Gli atomi di boro diamagnetico non contribuiscono direttamente al magnetismo ma migliorano la coesione mediante un forte legame covalente. Il contenuto relativamente basso di terre rare (12% in volume) e l'abbondanza relativa di neodimio e ferro rispetto al samario e al cobalto rendono i magneti al neodimio inferiori nel prezzo rispetto ai magneti samario-cobalto.