자석은 내일의 억만장자를 채굴할 것입니다

The Graduate의 가장 상징적인 장면 중 하나에서 Dustin Hoffman의 젊은 캐릭터인 Benjamin Braddock은 가족 친구로부터 "플라스틱"이라는 원치 않는 투자 조언을 받습니다.

오늘 그 장면을 다시 재생해 보면 무모한 벤자민은 자석이라는 다른 단어를 듣게 될 것입니다. 최근 몇 년 동안 이 보잘것없는 자석은 전기 자동차부터 풍력 터빈에 이르기까지 수많은 현대 산업에 완전히 필수적인 요소가 되었습니다. 그것은 행운을 가져다 줄 첨단 기술의 빌딩 블록입니다.

자석이 어떻게 세계를 정복하게 되었는지에 대한 잘 알려지지 않은 이야기는 이국적인 금속과 최첨단 연구 그 이상입니다. 점점 더 지정학적인 이야기가 되고 있으며, 중국과 미국 사이의 긴장이 고조되는 것이 이야기의 중심 부분입니다.

산업 혁명 이전에 영구 자기 특성을 지닌 유일한 물체는 자철석(광물 자철광 조각)이었습니다. "돌"은 철 3부분과 산소 4부분으로 구성되었으며, 알루미늄, 티타늄, 망간 등 기타 중요한 성분도 약간 섞여 있었습니다. 그리고 마지막으로 중요한 것은 번개입니다.

자철광 덩어리가 파란색의 볼트에 부딪히면 번개의 자기장이 암석의 이온을 재배열하여 표면 전체에 자기 특성을 부여합니다. 이 놀라운 현상은 왜 현대 시대 이전에 천연 자석이 귀중한 보물이었는지 설명하는 데 도움이 됩니다.

중세 시대 어느 시점에 누군가가 다른 방법을 알아냈습니다. 즉, 쇠바늘을 자철석에 문지르면 바늘도 자기력을 갖게 되는 것이었습니다. 나침반의 발명으로 이어진 이 발견은 틀림없이 자석을 실제로 사용한 최초의 사건이었습니다(일부 중세 의사들도 자철석이 대머리를 치료할 수 있다고 믿었으며, 보너스로 최음제 역할도 한다는 점은 주목할 가치가 있습니다).

18세기와 19세기에 과학자들은 전선을 통해 흐르는 전류가 특정 금속에 자기 특성을 부여한다는 사실을 발견했습니다. 그 결과 "전자석"은 다양한 산업 응용 분야에서 자리를 잡았습니다. 그러나 그들은 전원이 켜져 있을 때만 작동했기 때문에 유용성이 제한되었고 다른 "영구" 자석에 대한 검색이 촉발되었습니다.

기본 철 자석의 첫 번째 발전은 자기장 내에서 만들어진 강철 합금의 개발과 함께 이루어졌습니다. 이 합금은 에르스테드(덴마크 과학자 Hans Christian Ørsted의 이름을 따서 명명)라고 알려진 단위로 측정했을 때 일반 자석보다 훨씬 더 강한 자력을 가졌습니다. 하지만 어떤 종류의 전기 모터에서든 안정적인 역할을 하기에는 여전히 충분하지 않았습니다.

일본은 1918년에 선두를 차지했으며 1930년대에는 일반 철에 알루미늄, 니켈, 코발트를 첨가하여 차세대 영구 자석을 개발했습니다. 따라서 이름은 알니코 자석입니다. 이 거대 자석은 무게보다 더 큰 구멍을 뚫어 단순한 자철석의 경우 50에르스테드를 생성하는 데 비해 400 에르스테드를 생성했습니다. 그런 다음 이러한 합금을 자기장에서 어닐링하면 그 힘이 더욱 배가된다는 사실이 발견되었습니다.

이제 세계는 전자석을 대체할 수 있는 영구 자석을 보유하게 되었습니다. 제2차 세계대전 이후 이 새로운 자석은 전기 모터부터 센서, 연료 게이지, 마이크 및 기타 장치에 이르기까지 모든 분야에서 빠르게 그 역할이 커졌습니다.

1958년, 잘 알려지지 않은 오스트리아의 재료 과학자 Karl J. Strnat가 공군이 최첨단 미사일과 제트기에 사용할 더욱 강력한 자석을 개발할 수 있도록 돕기 위해 미국에 도착했습니다. Strnat는 희토류라고 알려진 난해한 원소 집단, 즉 란타늄에서 시작하여 루테튬으로 끝나는 핵심 주기율표 아래 수평선을 따라 이어지는 15개 원소에 대한 전문 지식을 갖고 있었습니다.

희토류는 특별히 희귀하지는 않지만 가공 및 정제가 어려웠습니다. 그러나 맨해튼 프로젝트에서 영감을 받은 새로운 방법을 통해 화학자들은 개별 희토류를 상당한 양으로 추출할 수 있게 되었습니다. Strnat와 동료들은 이 요소가 차세대 자석을 위한 유망한 후보라고 확신하게 되었습니다. 불행하게도 원소들은 실온에 가까워지면 자기력을 잃기 시작하여 활용도가 제한되었습니다.