Forskere får magnetisk nanopowder for 6G-teknologi
Newswise - Materialforskere har utviklet en rask metode for å produsere epsilon jernoksid og demonstrert løftet for neste generasjons kommunikasjonsenheter. Dens enestående magnetiske egenskaper gjør den til et av de mest ettertraktede materialene, for eksempel for den kommende 6G-generasjonen av kommunikasjonsenheter og for varig magnetisk opptak. Arbeidet ble publisert i Journal of Materials Chemistry C, et tidsskrift for Royal Society of Chemistry. Jernoksid (III) er et av de mest utbredte oksidene på jorden. Det finnes for det meste som mineralet hematitt (eller alfajernoksid, α-Fe2O3). En annen stabil og vanlig modifikasjon er maghemitt (eller gammamodifikasjon, γ-Fe2O3). Førstnevnte er mye brukt i industrien som rødt pigment, og sistnevnte som magnetisk opptaksmedium. De to modifikasjonene er forskjellige ikke bare i krystallinsk struktur (alfa-jernoksyd har sekskantet syngoni og gamma-jernoksyd har kubisk syngoni), men også i magnetiske egenskaper. I tillegg til disse formene for jernoksid (III), er det mer eksotiske modifikasjoner som epsilon-, beta-, zeta- og til og med glassaktig. Den mest attraktive fasen er epsilon jernoksid, ε-Fe2O3. Denne modifikasjonen har en ekstremt høy tvangskraft (materialets evne til å motstå et eksternt magnetfelt). Styrken når 20 kOe ved romtemperatur, som er sammenlignbar med parametrene til magneter basert på dyre sjeldne jordartselementer. Videre absorberer materialet elektromagnetisk stråling i sub-terahertz-frekvensområdet (100-300 GHz) gjennom effekten av naturlig ferromagnetisk resonans. Frekvensen av slik resonans er et av kriteriene for bruk av materialer i trådløse kommunikasjonsenheter – 4G standard bruker megahertz og 5G bruker titalls gigahertz. Det er planer om å bruke sub-terahertz-serien som arbeidsrekkevidde i sjette generasjons (6G) trådløs teknologi, som forberedes for aktiv introduksjon i livene våre fra tidlig på 2030-tallet. Det resulterende materialet er egnet for produksjon av konverteringsenheter eller absorberkretser ved disse frekvensene. For eksempel, ved å bruke kompositt ε-Fe2O3 nanopulver vil det være mulig å lage maling som absorberer elektromagnetiske bølger og dermed skjermer rom mot fremmede signaler, og beskytter signaler mot avlytting fra utsiden. Selve ε-Fe2O3 kan også brukes i 6G-mottaksenheter. Epsilon jernoksid er en ekstremt sjelden og vanskelig form for jernoksid å få tak i. I dag produseres det i svært små mengder, og selve prosessen tar opptil en måned. Dette utelukker selvfølgelig dens utbredte anvendelse. Forfatterne av studien utviklet en metode for akselerert syntese av epsilon jernoksid som er i stand til å redusere syntesetiden til en dag (det vil si å gjennomføre en full syklus på mer enn 30 ganger raskere!) og øke mengden av det resulterende produktet . Teknikken er enkel å reprodusere, billig og kan lett implementeres i industrien, og materialene som kreves for syntesen – jern og silisium – er blant de mest tallrike grunnstoffene på jorden. "Selv om epsilon-jernoksidfasen ble oppnådd i ren form for relativt lenge siden, i 2004, har den fortsatt ikke funnet industriell anvendelse på grunn av kompleksiteten i syntesen, for eksempel som et medium for magnetisk opptak. Vi har klart å forenkle teknologien betraktelig, sier Evgeny Gorbatsjov, en doktorgradsstudent ved Institutt for materialvitenskap ved Moscow State University og den første forfatteren av arbeidet. Nøkkelen til vellykket bruk av materialer med rekordhøye egenskaper er forskning på deres grunnleggende fysiske egenskaper. Uten fordypning kan materialet bli ufortjent glemt i mange år, slik det har skjedd mer enn én gang i vitenskapens historie. Det var tandem av materialforskere ved Moscow State University, som syntetiserte forbindelsen, og fysikere ved MIPT, som studerte den i detalj, som gjorde utviklingen til en suksess.
Innleggstid: Jul-04-2022 