Οι επιστήμονες αποκτούν μαγνητική νανοσκόνη για 6Τεχνολογία G
Ειδήσεις — Οι επιστήμονες υλικών ανέπτυξαν μια γρήγορη μέθοδο για την παραγωγή οξειδίου του σιδήρου έψιλον και απέδειξαν την υπόσχεσή της για συσκευές επικοινωνίας επόμενης γενιάς. Οι εξαιρετικές μαγνητικές του ιδιότητες το καθιστούν ένα από τα πιο περιζήτητα υλικά, όπως για την επερχόμενη γενιά συσκευών επικοινωνίας 6G και για ανθεκτική μαγνητική καταγραφή. Η εργασία δημοσιεύθηκε στο Journal of Materials Chemistry C, ένα περιοδικό της Βασιλικής Εταιρείας Χημείας. Το οξείδιο του σιδήρου (III) είναι ένα από τα πιο διαδεδομένα οξείδια στη Γη. Βρίσκεται κυρίως ως ορυκτό αιματίτης (ή άλφα οξείδιο του σιδήρου, α-Fe2O3). Μια άλλη σταθερή και κοινή τροποποίηση είναι ο μαγκεμίτης (ή γάμμα τροποποίηση, γ-Fe2O3). Ο πρώτος χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία ως κόκκινη χρωστική ουσία, και ο δεύτερος ως μαγνητικό μέσο καταγραφής. Οι δύο τροποποιήσεις διαφέρουν όχι μόνο στην κρυσταλλική δομή (το άλφα-οξείδιο του σιδήρου έχει εξαγωνική συγγονία και το γάμμα-οξείδιο του σιδήρου έχει κυβική συγγονία) αλλά και στις μαγνητικές ιδιότητες. Εκτός από αυτές τις μορφές οξειδίου του σιδήρου (III), υπάρχουν και πιο εξωτικές τροποποιήσεις όπως η έψιλον-, η βήτα-, η ζήτα-, ακόμη και η υαλώδης. Η πιο ελκυστική φάση είναι το έψιλον οξείδιο του σιδήρου, ε-Fe2O3. Αυτή η τροποποίηση έχει εξαιρετικά υψηλή δύναμη απομάστευσης (την ικανότητα του υλικού να αντιστέκεται σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο). Η ισχύς φτάνει τα 20 kOe σε θερμοκρασία δωματίου, η οποία είναι συγκρίσιμη με τις παραμέτρους των μαγνητών που βασίζονται σε ακριβά στοιχεία σπάνιων γαιών. Επιπλέον, το υλικό απορροφά ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην περιοχή συχνοτήτων υπο-τεραχέρτζ (100-300 GHz) μέσω της επίδρασης του φυσικού σιδηρομαγνητικού συντονισμού. Η συχνότητα αυτού του συντονισμού είναι ένα από τα κριτήρια για τη χρήση υλικών σε ασύρματες συσκευές επικοινωνιών - το πρότυπο 4G χρησιμοποιεί μεγαχέρτζ και το 5G χρησιμοποιεί δεκάδες γιγαχέρτζ. Υπάρχουν σχέδια για χρήση της περιοχής υπο-τεραχέρτζ ως λειτουργικού εύρους στην ασύρματη τεχνολογία έκτης γενιάς (6G), η οποία προετοιμάζεται για ενεργή εισαγωγή στη ζωή μας από τις αρχές της δεκαετίας του 2030. Το προκύπτον υλικό είναι κατάλληλο για την παραγωγή μονάδων μετατροπής ή κυκλωμάτων απορρόφησης σε αυτές τις συχνότητες. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας σύνθετες νανοσόνδρες ε-Fe2O3, θα είναι δυνατή η κατασκευή χρωμάτων που απορροφούν ηλεκτρομαγνητικά κύματα και έτσι προστατεύουν τους χώρους από εξωτερικά σήματα και προστατεύουν τα σήματα από την υποκλοπή από το εξωτερικό. Το ίδιο το ε-Fe2O3 μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε συσκευές λήψης 6G. Το οξείδιο του σιδήρου έψιλον είναι μια εξαιρετικά σπάνια και δύσκολη μορφή οξειδίου του σιδήρου στην παρασκευή του. Σήμερα, παράγεται σε πολύ μικρές ποσότητες, με την ίδια τη διαδικασία να διαρκεί έως και ένα μήνα. Αυτό, φυσικά, αποκλείει την ευρεία εφαρμογή του. Οι συγγραφείς της μελέτης ανέπτυξαν μια μέθοδο για την επιταχυνόμενη σύνθεση οξειδίου του σιδήρου έψιλον, ικανή να μειώσει τον χρόνο σύνθεσης σε μία ημέρα (δηλαδή, να πραγματοποιήσει έναν πλήρη κύκλο περισσότερο από 30 φορές πιο γρήγορα!) και να αυξήσει την ποσότητα του προκύπτοντος προϊόντος. Η τεχνική είναι απλή στην αναπαραγωγή, φθηνή και μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί στη βιομηχανία, και τα υλικά που απαιτούνται για τη σύνθεση - σίδηρος και πυρίτιο - είναι από τα πιο άφθονα στοιχεία στη Γη. «Παρόλο που η φάση έψιλον-οξειδίου του σιδήρου αποκτήθηκε σε καθαρή μορφή σχετικά πολύ καιρό πριν, το 2004, δεν έχει ακόμη βρει βιομηχανική εφαρμογή λόγω της πολυπλοκότητας της σύνθεσής της, για παράδειγμα ως μέσο μαγνητικής καταγραφής. Έχουμε καταφέρει να απλοποιήσουμε σημαντικά την τεχνολογία», λέει ο Εβγκένι Γκορμπατσόφ, διδακτορικός φοιτητής στο Τμήμα Επιστημών Υλικών στο Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας και ο πρώτος συγγραφέας του έργου. Το κλειδί για την επιτυχή εφαρμογή υλικών με πρωτοφανή χαρακτηριστικά είναι η έρευνα των θεμελιωδών φυσικών ιδιοτήτων τους. Χωρίς εις βάθος μελέτη, το υλικό μπορεί να ξεχαστεί άδικα για πολλά χρόνια, όπως έχει συμβεί περισσότερες από μία φορές στην ιστορία της επιστήμης. Ήταν η συνεργασία επιστημόνων υλικών στο Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας, οι οποίοι συνέθεσαν την ένωση, και φυσικών στο MIPT, οι οποίοι τη μελέτησαν λεπτομερώς, που έκανε την ανάπτυξη επιτυχημένη.
Ώρα δημοσίευσης: 04 Ιουλίου 2022 