Учените получават магнитен нанопрах за 6G технология
Newswise — Учените по материали разработиха бърз метод за производство на епсилон железен оксид и демонстрираха обещанието му за комуникационни устройства от следващо поколение. Неговите изключителни магнитни свойства го правят един от най-желаните материали, като например за предстоящото 6G поколение комуникационни устройства и за траен магнитен запис. Работата е публикувана в Journal of Materials Chemistry C, списание на Кралското общество по химия. Железният оксид (III) е един от най-разпространените оксиди на Земята. Най-често се среща като минерал хематит (или алфа железен оксид, α-Fe2O3). Друга стабилна и често срещана модификация е магемитът (или гама модификация, γ-Fe2O3). Първият се използва широко в индустрията като червен пигмент, а вторият като магнитна записваща среда. Двете модификации се различават не само по кристална структура (алфа-железният оксид има хексагонална сингония, а гама-железният оксид има кубична сингония), но и по магнитни свойства. В допълнение към тези форми на железен оксид (III) има и по-екзотични модификации като епсилон-, бета-, зета- и дори стъкловиден. Най-привлекателната фаза е епсилон железен оксид, ε-Fe2O3. Тази модификация има изключително висока коерцитивна сила (способността на материала да устои на външно магнитно поле). Силата достига 20 kOe при стайна температура, което е сравнимо с параметрите на магнитите, базирани на скъпи редкоземни елементи. Освен това материалът абсорбира електромагнитно излъчване в честотния диапазон под терагерца (100-300 GHz) чрез ефекта на естествения феромагнитен резонанс. Честотата на такъв резонанс е един от критериите за използване на материали в безжични комуникационни устройства - 4G стандартът използва мегахерци, а 5G използва десетки гигахерци. Има планове за използване на суб-терагерцов диапазон като работен диапазон в безжичната технология от шесто поколение (6G), която се подготвя за активно въвеждане в живота ни от началото на 2030-те години. Полученият материал е подходящ за производство на преобразуватели или абсорбиращи вериги при тези честоти. Например, чрез използване на композитни нанопрахове ε-Fe2O3 ще бъде възможно да се направят бои, които абсорбират електромагнитни вълни и по този начин предпазват помещенията от външни сигнали и защитават сигнали от прихващане отвън. Самият ε-Fe2O3 може също да се използва в устройства за приемане на 6G. Епсилон железен оксид е изключително рядка и трудна за получаване форма на железен оксид. Днес се произвежда в много малки количества, като самият процес отнема до месец. Това, разбира се, изключва широкото му приложение. Авторите на изследването разработиха метод за ускорен синтез на епсилон железен оксид, способен да намали времето за синтез до един ден (т.е. да извърши пълен цикъл повече от 30 пъти по-бързо!) и да увеличи количеството на получения продукт . Техниката е лесна за възпроизвеждане, евтина и може лесно да се приложи в индустрията, а материалите, необходими за синтеза - желязо и силиций - са сред най-разпространените елементи на Земята. „Въпреки че фазата на епсилон-железен оксид беше получена в чист вид сравнително отдавна, през 2004 г., тя все още не е намерила промишлено приложение поради сложността на нейния синтез, например като среда за магнитен запис. Успяхме да опростим технологията значително", казва Евгений Горбачов, докторант в катедрата по материалознание в Московския държавен университет и първият автор на работата. Ключът към успешното приложение на материали с рекордни характеристики е изследването на основните им физични свойства. Без задълбочено проучване материалът може да бъде незаслужено забравен за много години, както се е случвало неведнъж в историята на науката. Именно тандемът от учени по материали в Московския държавен университет, който синтезира съединението, и физици от MIPT, които го изучават в детайли, направи разработката успешна.
Време на публикуване: 28 юни 2021 г