Вчені отримали магнітний нанопорошок для 6G Технологія
Newswise — Матеріалознавці розробили швидкий метод виробництва епсилон-оксиду заліза та продемонстрували його перспективність для комунікаційних пристроїв наступного покоління. Його видатні магнітні властивості роблять його одним із найбажаніших матеріалів, наприклад, для пристроїв зв’язку майбутнього покоління 6G і для довговічного магнітного запису. Робота була опублікована в Journal of Materials Chemistry C, журналі Королівського хімічного товариства. Оксид заліза (III) — один із найпоширеніших оксидів на Землі. Здебільшого він зустрічається як мінерал гематит (або альфа-оксид заліза, α-Fe2O3). Іншою стабільною і поширеною модифікацією є маггеміт (або гамма-модифікація, γ-Fe2O3). Перший широко використовується в промисловості як червоний пігмент, а другий як магнітний носій запису. Ці дві модифікації відрізняються не тільки кристалічною структурою (альфа-оксид заліза має гексагональну сингонію, а гамма-оксид заліза має кубічну сингонію), але й магнітними властивостями. Крім цих форм оксиду заліза (III), існують більш екзотичні модифікації, такі як епсилон-, бета-, зета- і навіть склоподібний. Найбільш привабливою фазою є епсилон-оксид заліза, ε-Fe2O3. Ця модифікація має надзвичайно високу коерцитивну силу (здатність матеріалу чинити опір зовнішньому магнітному полю). Міцність досягає 20 кЕ при кімнатній температурі, що можна порівняти з параметрами магнітів на основі дорогих рідкоземельних елементів. Крім того, матеріал поглинає електромагнітне випромінювання в субтерагерцевому діапазоні частот (100-300 ГГц) завдяки ефекту природного феромагнітного резонансу. Частота такого резонансу є одним із критеріїв використання матеріалів у пристроях бездротового зв’язку – 4G. стандарт використовує мегагерци, а 5G використовує десятки гігагерц. Субтерагерцовий діапазон планується використовувати як робочий в бездротовій технології шостого покоління (6G), яка готується до активного впровадження в наше життя з початку 2030-х років. Отриманий матеріал придатний для виробництва блоків перетворення або схем поглинача на цих частотах. Наприклад, за допомогою композитних нанопорошків ε-Fe2O3 можна буде виготовляти фарби, які поглинають електромагнітні хвилі і таким чином захищають приміщення від сторонніх сигналів і захищають сигнали від перехоплення ззовні. Сам ε-Fe2O3 також можна використовувати в пристроях прийому 6G. Епсилон-оксид заліза є надзвичайно рідкісною формою оксиду заліза, яку важко отримати. Сьогодні його виробляють в дуже невеликих кількостях, а сам процес займає до місяця. Це, звичайно, виключає його широке застосування. Автори дослідження розробили метод прискореного синтезу епсилон-оксиду заліза, здатний скоротити час синтезу до одного дня (тобто провести повний цикл більш ніж у 30 разів швидше!) і збільшити кількість одержуваного продукту. . Техніка проста у відтворенні, дешева і може бути легко реалізована в промисловості, а матеріали, необхідні для синтезу - залізо і кремній - є одними з найпоширеніших елементів на Землі. «Хоча епсилон-залізооксидна фаза була отримана в чистому вигляді відносно давно, в 2004 році, вона досі не знайшла промислового застосування через складність синтезу, наприклад, як середовище для магнітного запису. Нам вдалося спростити технологія значно", - говорить Євген Горбачов, аспірант кафедри матеріалознавства МДУ і перший автор роботи. Запорукою успішного застосування матеріалів із рекордними характеристиками є дослідження їх фундаментальних фізичних властивостей. Без глибокого вивчення матеріал може бути незаслужено забутий на довгі роки, як це вже неодноразово траплялося в історії науки. Саме тандем матеріалознавців МДУ, який синтезував з’єднання, і фізиків МФТІ, які його детально вивчили, забезпечив успіх розробки.
Час публікації: 28 червня 2021 р