Chúng ta hãy bắt đầu với lĩnh vực nam châm. Đây chính là ngành hoạt động của Peter Dent, người điều hành Electron Energy Corporation, một tập đoàn sản xuất nam châm. Tháng 7 năm 2011, chúng tôi đã có một chuyến thăm thị trấn Landisville, bang Pennsylvania, nơi đặt trụ sở công ty.

Peter Dent dẫn chúng tôi rời khỏi nhà kho để vào một phòng chứa đồ được chiếu sáng bởi một ánh đèn huỳnh quang nhợt nhạt. Bật công tác hẹn giờ, ông phấn khích nói: "Đây là đất hiếm!" Nhiều thùng phuy màu xanh lá cây nhạt nằm rải rắc trên nền bê tông không giống nhau, màu xám và có dấu hiệu bị ăn mòn nhẹ. Đó chính là các mẫu samari, các viên bi gadolini và nhiều kim loại khác có tên gọi rất khó phát âm. Dù đã dành nhiều năm theo đuổi các chất này nhưng chúng tôi chưa bao giờ được tận mắt thấy một mẫu nào. Chúng tôi như những tay cướp biển đứng trước kho báu của hải tặc Râu Đen. Chúng tôi dành thời gian khá lâu để lang thang trong căn phòng đầy những kim loại quý hiếm này.

Nam châm Ferrite. Ảnh: Lạc Việt Audio.

Nhưng thú vị hơn nữa là những xưởng sản xuất kế bên. "Đây là xưởng máy", Peter Dent giới thiệu. Trong không gian đầy tiếng ồn lớn, hàng chục công nhân làm việc suốt ngày để sản xuất các chi tiết tròn nhỏ: những nam châm điện nổi tiếng có chứa các kim loại hiếm. "Đây chính là nơi chúng tôi định hình và chế tạo kích thước cuối cùng cho chúng", vị giám đốc nói tiếp. "Hàng trăm nghìn nam châm được sản xuất từ nhà máy này mỗi năm". Trải qua một quy trình sản xuất đã được chuẩn hóa, các nam châm được xếp như những chiếc bánh trên các khay và sau đó xếp chồng lên xe đẩy.

Đến giữa những năm 1970, đất hiếm và các kim loại hiếm khác mới chỉ có một số ứng dụng trong một số ngành công nghiệp. Với đặc tính phát quang, đất hiếm được sử dụng trong bật lửa và các loại ống dẫn khí đốt. Sự ra đời của màn hình tivi màu đã mở rộng phạm vi ứng dụng của chúng. Tuy nhiên, bước đột phá thực sự đến từ sự xuất hiện của nam châm làm từ đất hiếm. Được phát minh vào năm 1983, kỳ quan công nghệ này nhanh chóng trở nên thiết yếu cho tất cả sản phẩm được trang bị động cơ điện - tức là các sản phẩm được xem là không gây ô nhiễm.

Chúng ta đã biết rằng, khi một điện tích nằm trong vùng từ trường của nam châm, thì nam châm sẽ tạo ra một lực khiến điện tích chuyển động. Trước đây, các nam châm sẽ tạo ra một lực khiến điện tích chuyển động. Trước đây, các nam châm thường được chế tạo từ ferrite, một hợp chất của sắt. Mà để tạo ra từ trường mạnh, kích thước và trọng lượng của nam châm loại này phải rất lớn. "Có lẽ bạn vẫn còn nhớ những chiếc điện thoại di động đầu tiên có kích cỡ như một viên gạch?", một chuyên gia hài hước nói. Nguyên nhân một phần là do nam châm quá to...

Điện thoại di động đời đầu có kích thước lớn vì nam châm to.

Trong ngành công nghiệp ôtô, cuộc đua hướng đến trọng lượng tối thiểu và hiệu suất năng lượng cao đã bắt đầu. Yêu cầu cấp thiết là phải phát triển các động cơ có trọng lượng nhẹ và kích thước nhỏ gọn nhất có thể. Trên thực tế, nếu kích thước của động cơ có thể thu nhỏ lại thì đương nhiên kích thước và trọng lượng của thiết bị chứa động cơ đó cũng sẽ giảm theo. Tiến bộ này chắc chắn sẽ mang lại những lợi ích lớn về mặt tiêt kiệm năng lượng.

Những tiến bộ vượt bậc này chính được tạo ra nhờ nam châm đất hiếm, đồng thời chúng dẫn tới cuộc cách mạng trong lĩnh vực điện tử hiện đại. Có lẽ bạn đã từng sử dụng những siêu nam châm này mà không hề để ý, chặng hạn trên tường bếp nhà bạn có gắn chiếc giá treo dao từ tính. Bạn có bao giờ tự hỏi làm thế nào chỉ với một nam châm mà có thể giữ chắc một lưỡi dao thép dài khoảng 20 centimet? Chắc chắn không phải nhờ vào nam châm sắt (ferrite), mà là nhờ nam châm đất hiếm.

"Với cùng một lực hút, một nam châm đất hiếm nhỏ gấp 100 lần nam châm ferrite", một nhà sản xuất nam châm hào hứng chia sẻ. "Đó chính là sự thu nhỏ. Chức năng của đất hiếm là làm cho mọi thứ trở nên nhỏ gọn hơn". Đồng thời, chúng cũng làm tăng sức mạnh của động cơ điện lên gấp hàng chục lần, khiến chúng đủ mạnh để cạnh tranh với động cơ đốt trong. Nhờ đó, quá trình chuyển dịch năng lượng và số hóa được thúc đẩy nhanh hơn đáng kể.

Và chính vào thời điểm này, các vấn đề bắt đầu nảy sinh.