Znanstveniki pridobijo magnetni nanoprah za 6 letG tehnologija
Novice – Znanstveniki, ki se ukvarjajo z materiali, so razvili hitro metodo za proizvodnjo epsilon železovega oksida in dokazali njegovo 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 reviji Journal of Materials Chemistry C, reviji Kraljevega združenja za kemijo. Železov oksid (III) je eden najbolj razširjenih oksidov na Zemlji. Največ ga najdemo kot mineral hematit (ali alfa železov oksid, α-Fe2O3). Druga stabilna in pogosta modifikacija je maghemit (ali gama modifikacija, γ-Fe2O3). Prva se v industriji pogosto uporablja kot rdeči pigment, druga pa kot magnetni medij za snemanje. Modifikaciji se razlikujeta ne le po kristalni strukturi (alfa železov oksid ima heksagonalno singonijo, gama železov oksid pa kubično singonijo), temveč tudi po magnetnih lastnostih. Poleg teh oblik železovega oksida (III) obstajajo tudi bolj eksotične modifikacije, kot so epsilon-, beta-, zeta- in celo steklaste. Najbolj privlačna faza je epsilon železov oksid, ε-Fe2O3. Ta modifikacija ima izjemno visoko koercitivno silo (sposobnost materiala, da se upre zunanjemu magnetnemu polju). Moč pri sobni temperaturi doseže 20 kOe, kar je primerljivo s parametri magnetov, ki temeljijo na dragih redkozemeljskih elementih. Poleg tega material absorbira elektromagnetno sevanje v subteraherčnem frekvenčnem območju (100–300 GHz) zaradi učinka naravne feromagnetne resonance. Frekvenca takšne resonance je eno od meril za uporabo materialov v brezžičnih komunikacijskih napravah – standard 4G uporablja megaherce, 5G pa desetine gigahercev. Obstajajo načrti za uporabo subteraherčnega območja kot delovnega območja v brezžični tehnologiji šeste generacije (6G), ki se pripravlja na aktivno uvajanje v naša življenja od začetka tridesetih let 21. stoletja. Nastali material je primeren za izdelavo pretvorniških enot ali absorpcijskih 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 zunanjimi signali ter ščitijo signale pred prestrezanjem od zunaj. Sam ε-Fe2O3 se lahko uporablja tudi v sprejemnih napravah 6G. Epsilonski železov oksid je izjemno redka in težko dostopna oblika železovega oksida. Danes se proizvaja v zelo majhnih količinah, sam postopek pa traja do enega meseca. To seveda izključuje njegovo široko uporabo. Avtorji študije so razvili metodo za pospešeno sintezo epsilon železovega oksida, ki lahko skrajša čas sinteze na en dan (torej izvede celoten cikel več kot 30-krat hitreje!) in poveča količino nastalega produkta. Tehnika je preprosta za reprodukcijo, poceni in jo je mogoče enostavno uporabiti v industriji, materiali, potrebni za sintezo – železo in silicij – pa sodijo med najpogostejše elemente na Zemlji. »Čeprav je bila faza epsilon-železovega oksida pridobljena v čisti obliki relativno dolgo nazaj, leta 2004, zaradi kompleksnosti sinteze še vedno ni našla industrijske uporabe, na primer kot medij za magnetno snemanje. Tehnologijo nam je uspelo precej poenostaviti,« pravi Jevgenij Gorbačov, doktorski študent na Oddelku za materiale Moskovske državne univerze in prvi avtor dela. Ključ do uspešne uporabe materialov z rekordnimi lastnostmi je raziskava njihovih temeljnih fizikalnih lastnosti. Brez poglobljenega preučevanja bi lahko material ostal nezasluženo pozabljen dolga leta, kot se je v zgodovini znanosti že večkrat zgodilo. Uspeh razvoja je prinesel tandem znanstvenikov za materiale na Moskovski državni univerzi, ki so sintetizirali spojino, in fizikov na MIPT, ki so jo podrobno preučili.
Čas objave: 4. julij 2022 