מדענים משיגים אבקת ננו מגנטית עבור 6G טכנולוגיה
Newswise - מדעני חומרים פיתחו שיטה מהירה לייצור תחמוצת ברזל אפסילון והדגימו את הבטחתה למכשירי תקשורת מהדור הבא. התכונות המגנטיות הבולטות שלו הופכות אותו לאחד החומרים הנחשקים ביותר, כמו עבור דור ה-6G הקרוב של מכשירי תקשורת ולהקלטה מגנטית עמידה. העבודה פורסמה בכתב העת Journal of Materials Chemistry C, כתב עת של האגודה המלכותית לכימיה. תחמוצת ברזל (III) היא אחת התחמוצות הנפוצות ביותר על פני כדור הארץ. הוא נמצא בעיקר בתור המינרל המטיט (או תחמוצת ברזל אלפא, α-Fe2O3). שינוי יציב ונפוץ נוסף הוא מגמהמיט (או שינוי גמא, γ-Fe2O3). הראשון נמצא בשימוש נרחב בתעשייה כפיגמנט אדום, והאחרון כאמצעי הקלטה מגנטי. שני השינויים נבדלים זה מזה לא רק במבנה הגבישי (תחמוצת אלפא ברזל יש סינגון משושה ותחמוצת גמא ברזל יש סינגונית קובית), אלא גם בתכונות מגנטיות. בנוסף לצורות אלו של תחמוצת ברזל (III), ישנם שינויים אקזוטיים יותר כגון אפסילון, בטא, זטה, ואפילו זכוכית. השלב האטרקטיבי ביותר הוא תחמוצת ברזל אפסילון, ε-Fe2O3. לשינוי זה יש כוח כפייה גבוה במיוחד (יכולת החומר להתנגד לשדה מגנטי חיצוני). החוזק מגיע ל-20 kOe בטמפרטורת החדר, אשר ניתן להשוות לפרמטרים של מגנטים המבוססים על יסודות אדמה נדירים יקרים. יתר על כן, החומר סופג קרינה אלקטרומגנטית בטווח התדרים התת-טרה-הרץ (100-300 גיגה-הרץ) באמצעות השפעת תהודה פרומגנטית טבעית. התדירות של תהודה כזו היא אחד הקריטריונים לשימוש בחומרים במכשירי תקשורת אלחוטיים - ה-4G סטנדרטי משתמש במגה-הרץ ו-5G משתמש בעשרות גיגה-הרץ. ישנן תוכניות להשתמש בטווח התת-טרה-הרץ כטווח עבודה בטכנולוגיית האלחוטית של הדור השישי (6G), המוכנה להחדרה אקטיבית לחיינו מתחילת שנות ה-30. החומר המתקבל מתאים לייצור יחידות המרה או מעגלי בולמים בתדרים אלו. לדוגמה, באמצעות שימוש בננו-אבקות מרוכבות ε-Fe2O3 ניתן יהיה לייצר צבעים הבולעים גלים אלקטרומגנטיים ובכך להגן על חדרים מפני אותות זרים, ולהגן על אותות מפני יירוט מבחוץ. ניתן להשתמש ב-ε-Fe2O3 עצמו גם בהתקני קליטה של 6G. תחמוצת ברזל אפסילון היא צורה נדירה ביותר וקשה להשגה של תחמוצת ברזל. כיום הוא מיוצר בכמויות קטנות מאוד, כאשר התהליך עצמו אורך עד חודש. זה כמובן שולל את היישום הנרחב שלו. מחברי המחקר פיתחו שיטה לסינתזה מואצת של תחמוצת ברזל אפסילון המסוגלת להפחית את זמן הסינתזה ליום אחד (כלומר לבצע מחזור מלא של יותר מפי 30 מהר יותר!) ולהגדיל את כמות התוצר המתקבל . הטכניקה פשוטה לשחזור, זולה וניתנת ליישום בקלות בתעשייה, והחומרים הנדרשים לסינתזה - ברזל וסיליקון - הם מהיסודות הנפוצים ביותר על פני כדור הארץ. "למרות ששלב תחמוצת הברזל האפסילון התקבל בצורה טהורה לפני זמן רב יחסית, בשנת 2004, הוא עדיין לא מצא יישום תעשייתי בשל מורכבות הסינתזה שלו, למשל כמדיום להקלטה מגנטית. הצלחנו לפשט הטכנולוגיה במידה ניכרת", אומר יבגני גורבצ'וב, דוקטורנט במחלקה למדעי החומרים באוניברסיטת מוסקבה והמחבר הראשון של העבודה. המפתח ליישום מוצלח של חומרים בעלי מאפיינים שוברי שיא הוא מחקר על התכונות הפיזיקליות הבסיסיות שלהם. ללא לימוד מעמיק, החומר עלול להישכח ללא צדק למשך שנים רבות, כפי שקרה יותר מפעם אחת בתולדות המדע. זה היה השילוב של מדעני חומרים באוניברסיטת מוסקבה, שסינתזו את התרכובת, ופיזיקאים ב-MIPT, שחקרו אותה בפירוט, שהפכו את הפיתוח להצלחה.
זמן פרסום: 28 ביוני 2021