العلماء يحصلون على مسحوق نانوي مغناطيسي لـ 6تقنية جي
نيوزوايز - طوّر علماء المواد طريقة سريعة لإنتاج أكسيد الحديد إبسيلون وأثبتوا إمكانية استخدامه في أجهزة الاتصالات من الجيل التالي. خصائصها المغناطيسية المتميزة تجعلها واحدة من أكثر المواد المرغوبة، مثل الجيل القادم من أجهزة الاتصالات 6G وللتسجيل المغناطيسي الدائم. نُشر العمل في مجلة كيمياء المواد C، وهي مجلة تابعة للجمعية الملكية للكيمياء. يعد أكسيد الحديد (III) أحد أكثر الأكاسيد انتشارًا على الأرض. يوجد في الغالب على شكل معدن الهيماتيت (أو أكسيد الحديد ألفا، α-Fe2O3). تعديل آخر مستقر وشائع هو الماغميت (أو تعديل غاما، γ-Fe2O3). يستخدم الأول على نطاق واسع في الصناعة كصبغة حمراء، والأخير يستخدم كوسيلة تسجيل مغناطيسية. يختلف التعديلان ليس فقط في البنية البلورية (أكسيد ألفا الحديد له شكل سداسي وأكسيد حديد جاما له شكل سنجوني مكعب) ولكن أيضًا في الخواص المغناطيسية. بالإضافة إلى هذه الأشكال من أكسيد الحديد (III)، هناك تعديلات أكثر غرابة مثل إبسيلون، وبيتا، وزيتا، وحتى الزجاجي. المرحلة الأكثر جاذبية هي أكسيد الحديد إبسيلون، ε-Fe2O3. يحتوي هذا التعديل على قوة قسرية عالية للغاية (قدرة المادة على مقاومة المجال المغناطيسي الخارجي). تصل القوة إلى 20 كيلو مكافئ في درجة حرارة الغرفة، وهو ما يشبه معلمات المغناطيس المعتمد على العناصر الأرضية النادرة باهظة الثمن. علاوة على ذلك، تمتص المادة الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق الترددات تحت التيراهيرتز (100-300 جيجا هرتز) من خلال تأثير الرنين المغناطيسي الحديدي الطبيعي. ويعتبر تردد هذا الرنين أحد معايير استخدام المواد في أجهزة الاتصالات اللاسلكية - الجيل الرابع 4G يستخدم المعيار ميغاهيرتز ويستخدم 5G عشرات الجيغاهيرتز. هناك خطط لاستخدام نطاق تيراهيرتز الفرعي كنطاق عمل في التكنولوجيا اللاسلكية من الجيل السادس (6G)، والتي يتم إعدادها لإدخالها بشكل فعال في حياتنا اعتبارًا من أوائل ثلاثينيات القرن الحالي. المادة الناتجة مناسبة لإنتاج وحدات تحويل أو دوائر ممتصة عند هذه الترددات. على سبيل المثال، باستخدام المساحيق النانوية المركبة ε-Fe2O3، سيكون من الممكن صنع دهانات تمتص الموجات الكهرومغناطيسية وبالتالي تحمي الغرف من الإشارات الدخيلة، وتحمي الإشارات من الاعتراض من الخارج. يمكن أيضًا استخدام ε-Fe2O3 نفسه في أجهزة استقبال 6G. أكسيد الحديد إبسيلون هو شكل نادر للغاية ويصعب الحصول عليه من أكسيد الحديد. أما اليوم، فيتم إنتاجه بكميات صغيرة جدًا، وتستغرق العملية نفسها ما يصل إلى شهر. وهذا بالطبع يمنع تطبيقه على نطاق واسع. طور مؤلفو الدراسة طريقة لتسريع تخليق أكسيد الحديد إبسيلون قادرة على تقليل وقت التوليف إلى يوم واحد (أي تنفيذ دورة كاملة أسرع بأكثر من 30 مرة!) وزيادة كمية المنتج الناتج . هذه التقنية سهلة الاستنساخ، ورخيصة الثمن، ويمكن تنفيذها بسهولة في الصناعة، والمواد اللازمة للتخليق - الحديد والسيليكون - هي من بين العناصر الأكثر وفرة على وجه الأرض. "على الرغم من أنه تم الحصول على مرحلة أكسيد الحديد والإبسيلون في شكل نقي منذ فترة طويلة نسبيًا، في عام 2004، إلا أنها لم تجد تطبيقًا صناعيًا بعد بسبب تعقيد تركيبها، على سبيل المثال كوسيلة للتسجيل المغناطيسي. لقد تمكنا من تبسيط التكنولوجيا إلى حد كبير"، يقول يفغيني جورباتشوف، طالب دكتوراه في قسم علوم المواد في جامعة موسكو الحكومية والمؤلف الأول لهذا العمل. إن مفتاح التطبيق الناجح للمواد ذات الخصائص القياسية هو البحث في خصائصها الفيزيائية الأساسية. وبدون دراسة متعمقة، قد يتم نسيان المادة لسنوات عديدة دون وجه حق، كما حدث أكثر من مرة في تاريخ العلم. لقد كان ترادفيًا بين علماء المواد في جامعة موسكو الحكومية، الذين قاموا بتصنيع المركب، والفيزيائيين في MIPT، الذين درسوه بالتفصيل، هو ما جعل التطوير ناجحًا.
وقت النشر: 28 يونيو 2021