Un aimant au néodyme (également connu sous le nom de NdFeB, NIB ou néo-aimant), le type d'aimant des terres rares le plus utilisé, est un aimant permanent constitué d'un alliage de néodyme, de fer et de bore pour former la structure cristalline tétragonale Nd2Fe14B. Développés indépendamment en 1982 par General Motors et Sumitomo Special Metals, les aimants au néodyme sont le type d’aimant permanent le plus puissant du marché. Ils ont remplacé d'autres types d'aimants dans de nombreuses applications des produits modernes nécessitant de puissants aimants permanents, tels que les moteurs des outils sans fil, les lecteurs de disque dur et les attaches magnétiques.
Le néodyme est un métal ferromagnétique (plus précisément, il présente des propriétés antiferromagnétiques), ce qui signifie que, comme le fer, il peut être magnétisé pour devenir un aimant, mais que sa température de Curie (la température au-dessus de laquelle disparaît son ferromagnétisme) est de 19 K (−254 ° C ), donc sous sa forme pure, son magnétisme n'apparaît qu'à des températures extrêmement basses. Cependant, les composés du néodyme avec des métaux de transition tels que le fer peuvent avoir des températures de Curie bien supérieures à la température ambiante et sont utilisés pour fabriquer des aimants au néodyme.
La force des aimants au néodyme est due à plusieurs facteurs. Le plus important est que la structure cristalline tétragonale de Nd 2 Fe 14 B présente une anisotropie magnétocristalline uniaxiale exceptionnellement élevée ( H A ~ 7 T - intensité du champ magnétique H en unités de A / m par rapport au moment magnétique en A m 2 ). Cela signifie qu'un cristal du matériau magnétise préférentiellement le long d'un axe cristallin spécifique mais est très difficile à magnétiser dans d'autres directions. Comme d’autres aimants, l’alliage magnétique au néodyme est composé de grains microcristallins alignés dans un champ magnétique puissant lors de la fabrication, de sorte que leurs axes magnétiques sont tous dirigés dans la même direction. La résistance du réseau cristallin à la rotation de son sens d'aimantation confère au composé une très grande coercivité ou résistance à la démagnétisation.
L'atome de néodyme peut également avoir un grand moment dipolaire magnétique car il possède 4 électrons non appariés dans sa structure électronique, par opposition à 3 (en moyenne) dans le fer. Dans un aimant, ce sont les électrons non appariés, alignés de manière à tourner dans le même sens, qui génèrent le champ magnétique. Cela confère au composé Nd 2 Fe 14 B une magnétisation de saturation élevée ( J s ~ 1,6 T ou 16 kG) et typiquement de 1,3 teslas. Par conséquent, comme la densité d'énergie maximale est proportionnelle à J s 2 , cette phase magnétique peut stocker de grandes quantités d'énergie magnétique ( BH max ~ 512 kJ / m 3 ou 64 MG · Oe). Cette valeur d'énergie magnétique est environ 18 fois supérieure au volume des aimants «ordinaires». Cette propriété est plus élevée dans les alliages NdFeB que dans les aimants samarium cobalt (SmCo), qui ont été le premier type d’aimant pour terres rares à être commercialisé. En pratique, les propriétés magnétiques des aimants au néodyme dépendent de la composition de l'alliage, de la microstructure et de la technique de fabrication utilisées.
La structure cristalline de Nd 2 Fe 14 B peut être décrite comme une alternance de couches d'atomes de fer et d'un composé de néodyme-bore. Les atomes de bore diamagnétiques ne contribuent pas directement au magnétisme mais améliorent la cohésion par une forte liaison covalente. La teneur relativement faible en terres rares (12% en volume) et l'abondance relative du néodyme et du fer par rapport au samarium et au cobalt rendent les aimants au néodyme moins chers que les aimants au samarium et au cobalt.