Znanstveniki pridobili magnetni nanoprah za 6G Tehnologija
Newswise — Znanstveniki za materiale so razvili hitro metodo za proizvodnjo epsilon železovega oksida in dokazali njeno obljubo za komunikacijske naprave naslednje generacije. Zaradi izjemnih magnetnih lastnosti je eden najbolj zaželenih materialov, na primer za prihajajočo generacijo komunikacijskih naprav 6G in za trajno magnetno snemanje. Delo je bilo objavljeno v Journal of Materials Chemistry C, reviji Royal Society of Chemistry. Železov oksid (III) je eden najbolj razširjenih oksidov na Zemlji. Večinoma ga najdemo kot mineral hematit (ali alfa železov oksid, α-Fe2O3). Druga stabilna in pogosta modifikacija je maghemit (ali modifikacija gama, γ-Fe2O3). Prvi se pogosto uporablja v industriji kot rdeči pigment, drugi pa kot magnetni zapisovalni medij. Obe modifikaciji se razlikujeta ne samo v kristalni strukturi (alfa-železov oksid ima heksagonalno singonijo in gama-železov oksid ima kubično singonijo), ampak tudi v magnetnih lastnostih. Poleg teh oblik železovega oksida (III) obstajajo bolj eksotične modifikacije, kot so epsilon-, beta-, zeta- in celo steklasti. Najbolj privlačna faza je epsilon železov oksid, ε-Fe2O3. Ta modifikacija ima izjemno visoko koercitivno silo (sposobnost materiala, da se upre zunanjemu magnetnemu polju). Trdnost doseže 20 kOe pri sobni temperaturi, kar je primerljivo s parametri magnetov na osnovi dragih elementov redkih zemelj. Poleg tega material absorbira elektromagnetno sevanje v subteraherčnem frekvenčnem območju (100-300 GHz) z učinkom naravne feromagnetne resonance. Frekvenca takšne resonance je eno od meril za uporabo materialov v napravah za brezžično komunikacijo – 4G. standard uporablja megaherce, 5G pa desetine gigahercev. Obstajajo načrti za uporabo podteraherčnega območja kot delovnega območja v šesti generaciji (6G) brezžične tehnologije, ki se pripravlja na aktivno uvedbo v naša življenja od zgodnjih 2030-ih. Nastali material je primeren za izdelavo pretvorniških enot ali absorberskih vezij pri teh frekvencah. Na primer, z uporabo kompozitnih nanoprahov ε-Fe2O3 bo mogoče izdelati barve, ki absorbirajo elektromagnetne valove in tako ščitijo prostore pred tujimi signali ter zaščitijo signale pred prestrezanjem od zunaj. Sam ε-Fe2O3 se lahko uporablja tudi v sprejemnih napravah 6G. Epsilon železov oksid je izjemno redka in težko dostopna oblika železovega oksida. Danes se proizvaja v zelo majhnih količinah, sam proces pa traja tudi do mesec dni. To seveda izključuje njegovo široko uporabo. Avtorji študije so razvili metodo za pospešeno sintezo epsilon železovega oksida, ki je sposobna skrajšati čas sinteze na en dan (tj. izvesti celoten cikel več kot 30-krat hitreje!) in povečati količino nastalega produkta. . Tehnika je enostavna za reprodukcijo, poceni in jo je mogoče preprosto implementirati v industriji, materiali, potrebni za sintezo – železo in silicij – pa so med najpogostejšimi elementi na Zemlji. »Čeprav je bila faza epsilon-železovega oksida v čisti obliki pridobljena razmeroma dolgo nazaj, leta 2004, zaradi kompleksnosti sinteze še vedno ni našla industrijske uporabe, na primer kot medij za magnetno – snemanje. Uspelo nam je precej poenostaviti tehnologijo,« pravi Evgeny Gorbachev, doktorski študent na Oddelku za znanosti o materialih na Moskovski državni univerzi in prvi avtor dela. Ključ do uspešne uporabe materialov z rekordnimi lastnostmi je raziskovanje njihovih osnovnih fizikalnih lastnosti. Brez poglobljene študije je lahko gradivo nezasluženo pozabljeno za več let, kot se je v zgodovini znanosti zgodilo večkrat. To je bil tandem znanstvenikov za materiale na Moskovski državni univerzi, ki je sintetiziral spojino, in fizikov na MIPT, ki so jo podrobno preučili, zaradi česar je bil razvoj uspešen.
Čas objave: 4. julij 2022 