Forskare får magnetiskt nanopowder för 6G Teknik
Newswise - Materialforskare har utvecklat en snabb metod för att producera epsilon järnoxid och visat sitt löfte för nästa generations kommunikationsenheter. Dess enastående magnetiska egenskaper gör den till ett av de mest eftertraktade materialen, till exempel för den kommande 6G-generationen av kommunikationsenheter och för hållbar magnetisk inspelning. Arbetet publicerades i Journal of Materials Chemistry C, en tidskrift för Royal Society of Chemistry. Järnoxid (III) är en av de mest utbredda oxiderna på jorden. Det finns mestadels som mineralet hematit (eller alfajärnoxid, α-Fe2O3). En annan stabil och vanlig modifiering är maghemite (eller gammamodifiering, γ-Fe2O3). Det förra används i stor utsträckning inom industrin som ett rött pigment, och det senare som ett magnetiskt inspelningsmedium. De två modifikationerna skiljer sig inte bara i kristallin struktur (alfa-järnoxid har hexagonal syngoni och gamma-järnoxid har kubisk syngony) utan också i magnetiska egenskaper. Förutom dessa former av järnoxid (III) finns det mer exotiska modifikationer som epsilon-, beta-, zeta- och till och med glasartade. Den mest attraktiva fasen är epsilon järnoxid, ε-Fe2O3. Denna modifiering har en extremt hög koercitivkraft (materialets förmåga att motstå ett externt magnetfält). Styrkan når 20 kOe vid rumstemperatur, vilket är jämförbart med parametrarna för magneter baserade på dyra sällsynta jordartsmetaller. Dessutom absorberar materialet elektromagnetisk strålning i sub-terahertz frekvensområdet (100-300 GHz) genom effekten av naturlig ferromagnetisk resonans. Frekvensen av sådan resonans är ett av kriterierna för användning av material i trådlösa kommunikationsenheter - 4G standard använder megahertz och 5G använder tiotals gigahertz. Det finns planer på att använda sub-terahertz-området som ett arbetsområde i den sjätte generationens (6G) trådlös teknik, som förbereds för aktiv introduktion i våra liv från början av 2030-talet. Det resulterande materialet är lämpligt för produktion av omvandlingsenheter eller absorbatorkretsar vid dessa frekvenser. Till exempel, genom att använda komposit ε-Fe2O3 nanopowders kommer det att vara möjligt att göra färger som absorberar elektromagnetiska vågor och därmed skyddar rum från främmande signaler, och skyddar signaler från avlyssning utifrån. Själva ε-Fe2O3 kan också användas i 6G-mottagningsenheter. Epsilon järnoxid är en extremt sällsynt och svår form av järnoxid att få tag på. Idag tillverkas den i mycket små mängder, och själva processen tar upp till en månad. Detta utesluter naturligtvis dess utbredda tillämpning. Författarna till studien utvecklade en metod för accelererad syntes av epsilon järnoxid som kan minska syntestiden till en dag (det vill säga att utföra en hel cykel på mer än 30 gånger snabbare!) och öka mängden av den resulterande produkten . Tekniken är enkel att reproducera, billig och kan enkelt implementeras i industrin, och de material som krävs för syntesen - järn och kisel - är bland de vanligaste grundämnena på jorden. "Även om epsilon-järnoxidfasen erhölls i ren form för relativt länge sedan, 2004, har den fortfarande inte hittat industriell tillämpning på grund av komplexiteten i dess syntes, till exempel som ett medium för magnetisk - inspelning. Vi har lyckats förenkla tekniken avsevärt", säger Evgeny Gorbatjov, doktorand vid institutionen för materialvetenskap vid Moscow State University och den första författaren till verket. Nyckeln till framgångsrik tillämpning av material med rekordstora egenskaper är forskning om deras grundläggande fysikaliska egenskaper. Utan fördjupning kan materialet komma att oförtjänt glömmas bort i många år, vilket hänt mer än en gång i vetenskapens historia. Det var tandem av materialforskare vid Moscow State University, som syntetiserade föreningen, och fysiker vid MIPT, som studerade den i detalj, som gjorde utvecklingen till en framgång.
Posttid: 28 juni 2021