Учени получават магнитен нанопрах за 6...G Technology
Newswise — Учени, занимаващи се с материалознание, са разработили бърз метод за производство на епсилон железен оксид и са демонстрирали неговия потенциал за комуникационни устройства от следващо поколение. Неговите изключителни магнитни свойства го правят един от най-желаните материали, като например за предстоящото 6G поколение комуникационни устройства и за траен магнитен запис. Работата е публикувана в Journal of Materials Chemistry C, списание на Кралското дружество по химия. Железният оксид (III) е един от най-разпространените оксиди на Земята. Среща се най-вече като минерал хематит (или алфа железен оксид, α-Fe2O3). Друга стабилна и често срещана модификация е маггемитът (или гама модификация, γ-Fe2O3). Първата се използва широко в промишлеността като червен пигмент, а втората като магнитен носител за запис. Двете модификации се различават не само по кристална структура (алфа-железният оксид има хексагонална сингония, а гама-железният оксид има кубична сингония), но и по магнитни свойства. В допълнение към тези форми на железен оксид (III), съществуват и по-екзотични модификации като епсилон-, бета-, зета- и дори стъкловидни. Най-атрактивната фаза е епсилон железен оксид, ε-Fe2O3. Тази модификация има изключително висока коерцитивна сила (способността на материала да се съпротивлява на външно магнитно поле). Якостта достига 20 kOe при стайна температура, което е сравнимо с параметрите на магнити, базирани на скъпи редкоземни елементи. Освен това, материалът абсорбира електромагнитно излъчване в субтерагерцовия честотен диапазон (100-300 GHz) чрез ефекта на естествения феромагнитен резонанс. Честотата на такъв резонанс е един от критериите за използване на материали в безжични комуникационни устройства – стандартът 4G използва мегагерци, а 5G използва десетки гигагерци. Има планове за използване на субтерагерцовия диапазон като работен диапазон в безжичната технология от шесто поколение (6G), която се подготвя за активно въвеждане в живота ни от началото на 30-те години на 20-ти век. Полученият материал е подходящ за производството на преобразуващи устройства или абсорбиращи схеми при тези честоти. Например, чрез използване на композитни ε-Fe2O3 нанопрахове ще бъде възможно да се произвеждат бои, които абсорбират електромагнитни вълни и по този начин екранират помещенията от външни сигнали и предпазват сигналите от прихващане отвън. Самият ε-Fe2O3 може да се използва и в 6G приемни устройства. Епсилон железният оксид е изключително рядка и трудна за получаване форма на железен оксид. Днес той се произвежда в много малки количества, като самият процес отнема до месец. Това, разбира се, изключва широкото му приложение. Авторите на изследването разработиха метод за ускорен синтез на епсилон железен оксид, способен да намали времето за синтез до един ден (т.е. да осъществи пълен цикъл повече от 30 пъти по-бързо!) и да увеличи количеството на получения продукт. Техниката е лесна за възпроизвеждане, евтина и може лесно да се приложи в индустрията, а материалите, необходими за синтеза – желязо и силиций – са сред най-разпространените елементи на Земята. „Въпреки че епсилон-железният оксид е получен в чист вид сравнително отдавна, през 2004 г., той все още не е намерил промишлено приложение поради сложността на синтеза си, например като среда за магнитен запис. Успяхме значително да опростим технологията“, казва Евгений Горбачов, докторант в катедра „Материалознание“ в Московския държавен университет и първи автор на работата. Ключът към успешното приложение на материали с рекордни характеристики е изследването на техните фундаментални физични свойства. Без задълбочено проучване, материалът може да бъде незаслужено забравен в продължение на много години, както се е случвало неведнъж в историята на науката. Именно тандемът от учени по материалознание от Московския държавен университет, които синтезираха съединението, и физици от МФТИ, които го проучиха подробно, направиха разработката успешна.
Време на публикуване: 04 юли 2022 г. 