Οι επιστήμονες αποκτούν μαγνητική νανοσκόνη για 6G Τεχνολογία
Newswise — Οι επιστήμονες υλικών ανέπτυξαν μια γρήγορη μέθοδο για την παραγωγή οξειδίου του σιδήρου έψιλον και απέδειξαν την υπόσχεσή της για συσκευές επικοινωνίας επόμενης γενιάς. Οι εξαιρετικές μαγνητικές του ιδιότητες το καθιστούν ένα από τα πιο πολυπόθητα υλικά, όπως για την επερχόμενη γενιά συσκευών επικοινωνίας 6G και για ανθεκτική μαγνητική εγγραφή. Η εργασία δημοσιεύτηκε στο Journal of Materials Chemistry C, ένα περιοδικό της Royal Society of Chemistry. Το οξείδιο του σιδήρου (III) είναι ένα από τα πιο διαδεδομένα οξείδια στη Γη. Βρίσκεται κυρίως ως ορυκτό αιματίτης (ή άλφα οξείδιο του σιδήρου, α-Fe2O3). Μια άλλη σταθερή και κοινή τροποποίηση είναι ο μαγκεμίτης (ή τροποποίηση γάμμα, γ-Fe2O3). Το πρώτο χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία ως κόκκινη χρωστική ουσία και το δεύτερο ως μέσο μαγνητικής καταγραφής. Οι δύο τροποποιήσεις διαφέρουν όχι μόνο στην κρυσταλλική δομή (το οξείδιο του άλφα σιδήρου έχει εξαγωνική συγγονία και το οξείδιο γάμμα έχει κυβική συγγονία) αλλά και στις μαγνητικές ιδιότητες. Εκτός από αυτές τις μορφές οξειδίου του σιδήρου (III), υπάρχουν περισσότερες εξωτικές τροποποιήσεις όπως έψιλον-, βήτα-, ζήτα-, ακόμη και υαλώδεις. Η πιο ελκυστική φάση είναι το οξείδιο του σιδήρου έψιλον, ε-Fe2O3. Αυτή η τροποποίηση έχει εξαιρετικά υψηλή καταναγκαστική δύναμη (την ικανότητα του υλικού να αντιστέκεται σε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο). Η ισχύς φτάνει τα 20 kOe σε θερμοκρασία δωματίου, η οποία είναι συγκρίσιμη με τις παραμέτρους των μαγνητών που βασίζονται σε ακριβά στοιχεία σπάνιων γαιών. Επιπλέον, το υλικό απορροφά ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στο εύρος συχνοτήτων υπό τεραχέρτζ (100-300 GHz) μέσω της επίδρασης του φυσικού σιδηρομαγνητικού συντονισμού. Η συχνότητα αυτού του συντονισμού είναι ένα από τα κριτήρια για τη χρήση υλικών σε συσκευές ασύρματων επικοινωνιών - το 4G Το τυπικό χρησιμοποιεί megahertz και το 5G χρησιμοποιεί δεκάδες gigahertz. Υπάρχουν σχέδια για χρήση της σειράς sub-terahertz ως εύρος εργασίας στην ασύρματη τεχνολογία έκτης γενιάς (6G), η οποία προετοιμάζεται για ενεργή εισαγωγή στη ζωή μας από τις αρχές της δεκαετίας του 2030. Το υλικό που προκύπτει είναι κατάλληλο για την παραγωγή μονάδων μετατροπής ή κυκλωμάτων απορρόφησης σε αυτές τις συχνότητες. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας σύνθετες νανοσκόνες ε-Fe2O3 θα είναι δυνατή η κατασκευή χρωμάτων που απορροφούν ηλεκτρομαγνητικά κύματα και έτσι προστατεύουν τα δωμάτια από εξωτερικά σήματα και προστατεύουν τα σήματα από την αναχαίτιση από το εξωτερικό. Το ίδιο το ε-Fe2O3 μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε συσκευές λήψης 6G. Το οξείδιο του σιδήρου έψιλον είναι μια εξαιρετικά σπάνια και δύσκολη μορφή οξειδίου του σιδήρου. Σήμερα παράγεται σε πολύ μικρές ποσότητες, με την ίδια τη διαδικασία να διαρκεί έως και ένα μήνα. Αυτό φυσικά αποκλείει την ευρεία εφαρμογή του. Οι συγγραφείς της μελέτης ανέπτυξαν μια μέθοδο για επιταχυνόμενη σύνθεση οξειδίου σιδήρου έψιλον ικανή να μειώσει το χρόνο σύνθεσης σε μία ημέρα (δηλαδή να πραγματοποιήσει έναν πλήρη κύκλο πάνω από 30 φορές πιο γρήγορα!) και να αυξήσει την ποσότητα του προκύπτοντος προϊόντος . Η τεχνική είναι απλή στην αναπαραγωγή, φθηνή και μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί στη βιομηχανία και τα υλικά που απαιτούνται για τη σύνθεση - σίδηρος και πυρίτιο - είναι από τα πιο άφθονα στοιχεία στη Γη. «Αν και η φάση έψιλον-οξειδίου σιδήρου ελήφθη σε καθαρή μορφή σχετικά πολύ καιρό πριν, το 2004, δεν έχει βρει ακόμα βιομηχανική εφαρμογή λόγω της πολυπλοκότητας της σύνθεσής της, για παράδειγμα ως μέσο για μαγνητική καταγραφή. Καταφέραμε να απλοποιήσουμε η τεχνολογία σημαντικά», λέει ο Εβγκένι Γκορμπατσόφ, διδάκτορας στο Τμήμα Επιστημών Υλικών του Κρατικού Πανεπιστημίου της Μόσχας και ο πρώτος συγγραφέας του έργου. Το κλειδί για την επιτυχή εφαρμογή υλικών με χαρακτηριστικά ρεκόρ είναι η έρευνα για τις θεμελιώδεις φυσικές τους ιδιότητες. Χωρίς εις βάθος μελέτη, το υλικό μπορεί να ξεχαστεί άδικα για πολλά χρόνια, όπως έχει συμβεί περισσότερες από μία φορές στην ιστορία της επιστήμης. Ήταν η ομάδα επιστημόνων υλικών στο Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας, που συνέθεσαν την ένωση, και φυσικών στο MIPT, που τη μελέτησαν λεπτομερώς, που έκαναν την ανάπτυξη επιτυχημένη.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-28-2021