Вчені отримали магнітний нанопорошок для 6...Технологія G
Новини — Вчені-матеріалознавці розробили швидкий метод отримання епсилон-оксиду заліза та продемонстрували його перспективність для пристроїв зв'язку наступного покоління. Його видатні магнітні властивості роблять його одним із найбажаніших матеріалів, таких як майбутнє покоління пристроїв зв'язку 6G та для довговічного магнітного запису. Робота була опублікована в журналі Journal of Materials Chemistry C, журналі Королівського хімічного товариства. Оксид заліза (III) є одним із найпоширеніших оксидів на Землі. Він здебільшого зустрічається у вигляді мінералу гематиту (або альфа-оксиду заліза, α-Fe2O3). Іншою стабільною та 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 лише кристалічною структурою (альфа-оксид заліза має гексагональну сингонію, а гамма-оксид заліза — кубічну сингонію), але й магнітними властивостями. Окрім цих форм оксиду заліза (III), існують більш екзотичні модифікації, такі як епсилон-, бета-, дзета- та 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 за кімнатної температури, що можна порівняти з параметрами магнітів на основі дорогих рідкоземельних елементів. Крім того, матеріал поглинає електромагнітне випромінювання в субтерагерцовому діапазоні частот (100-300 ГГц) завдяки ефекту природного феромагнітного резонансу. Частота такого резонансу є одним із критеріїв використання матеріалів у пристроях бездротового зв'язку – стандарт 4G використовує мегагерци, а 5G – десятки гігагерц. Існують плани використовувати субтерагерцовий діапазон як робочий діапазон у бездротовій технології шостого покоління (6G), яка готується до активного впровадження в наше життя з початку 2030-х років. Отриманий матеріал придатний для виробництва перетворювальних блоків або поглинальних схем на цих частотах. Наприклад, використовуючи композитні нанопорошки ε-Fe2O3, можна буде виготовляти фарби, які поглинають електромагнітні хвилі і таким чином екранують приміщення від сторонніх сигналів, а також захищають сигнали від перехоплення ззовні. Сам ε-Fe2O3 також може використовуватися в приймальних пристроях 6G. Епсилон-оксид заліза – надзвичайно рідкісна та складна для отримання форма оксиду заліза. Сьогодні його виробляють у дуже невеликих кількостях, причому 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 здійснити повний цикл більш ніж у 30 разів швидше!) та збільшити кількість отриманого продукту. Методика проста у відтворенні, дешева та може бути легко впроваджена в промисловості, а матеріали, необхідні для синтезу – залізо та кремній – є одними з найпоширеніших елементів на Землі. «Хоча фаза епсилон-оксиду заліза була отримана в чистому вигляді відносно давно, у 2004 році, вона досі не знайшла промислового застосування через складність синтезу, наприклад, як носій для магнітного запису. Нам вдалося значно спростити технологію», – каже Євген Горбачов, аспірант кафедри матеріалознавства Московського державного університету та перший автор роботи. Ключем до успішного застосування матеріалів з рекордними характеристиками є дослідження їхніх фундаментальних фізичних властивостей. Без поглибленого вивчення матеріал може бути незаслужено забутий на довгі роки, як це не раз траплялося в історії науки. Саме тандем вчених-матеріалознавців Московського державного університету, які синтезували сполуку, та фізиків МФТІ, які детально її вивчили, зробив розробку успішною.
Час публікації: 04 липня 2022 р. 