Ученые получили магнитный нанопорошок для 6G-технология
Newswise — Материаловеды разработали быстрый метод получения оксида железа эпсилон и продемонстрировали его перспективность для устройств связи следующего поколения. Его выдающиеся магнитные свойства делают его одним из самых желанных материалов, например, для грядущего поколения устройств связи 6G и для прочной магнитной записи. Работа была опубликована в Journal of Materials Chemistry C, журнале Королевского химического общества. Оксид железа (III) — один из самых распространенных оксидов на Земле. Он чаще всего встречается в виде минерала гематита (или альфа-оксида железа, α-Fe2O3). Другая стабильная и распространенная модификация — маггемит (или гамма-модификация, γ-Fe2O3). Первый широко используется в промышленности как красный пигмент, а второй — как носитель магнитной записи. Эти две модификации отличаются не только кристаллической структурой (альфа-оксид железа имеет гексагональную сингонию, а гамма-оксид железа имеет кубическую сингонию), но и магнитными свойствами. Помимо этих форм оксида железа (III), существуют более экзотические модификации, такие как эпсилон-, бета-, дзета- и даже стекловидные. Наиболее привлекательная фаза — эпсилон-оксид железа, ε-Fe2O3. Эта модификация обладает чрезвычайно высокой коэрцитивной силой (способностью материала противостоять внешнему магнитному полю). Прочность достигает 20 кЭ при комнатной температуре, что сопоставимо с параметрами магнитов на основе дорогих редкоземельных элементов. Кроме того, материал поглощает электромагнитное излучение в субтерагерцовом диапазоне частот (100–300 ГГц) за счет эффекта естественного ферромагнитного резонанса. Частота такого резонанса является одним из критериев использования материалов в устройствах беспроводной связи — стандарт 4G использует мегагерцы, а 5G — десятки гигагерц. Планируется использовать субтерагерцовый диапазон в качестве рабочего диапазона в беспроводной технологии шестого поколения (6G), которая готовится к активному внедрению в нашу жизнь с начала 2030-х годов. Полученный материал пригоден для производства преобразовательных блоков или цепей поглотителей на этих частотах. Например, используя композитные нанопорошки ε-Fe2O3, можно будет изготавливать краски, поглощающие электромагнитные волны, и тем самым экранировать помещения от посторонних сигналов, а также защищать сигналы от перехвата извне. Сам ε-Fe2O3 также может использоваться в устройствах приема 6G. Оксид железа эпсилон — чрезвычайно редкая и сложная для получения форма оксида железа. Сегодня он производится в очень малых количествах, а сам процесс занимает до месяца. Это, конечно, исключает его широкое применение. Авторы исследования разработали метод ускоренного синтеза оксида железа эпсилон, позволяющий сократить время синтеза до одного дня (то есть осуществить полный цикл более чем в 30 раз быстрее!) и увеличить количество получаемого продукта. Метод прост в воспроизведении, дешев и может быть легко внедрен в промышленность, а необходимые для синтеза материалы — железо и кремний — являются одними из самых распространенных элементов на Земле. «Хотя фаза оксида эпсилон-железа была получена в чистом виде сравнительно давно, в 2004 году, она до сих пор не нашла промышленного применения из-за сложности синтеза, например, в качестве носителя для магнитной записи. Нам удалось значительно упростить технологию», — говорит Евгений Горбачев, аспирант кафедры наук о материалах МГУ и первый автор работы. Залогом успешного применения материалов с рекордными характеристиками является изучение их фундаментальных физических свойств. Без глубокого изучения материал может быть незаслуженно забыт на долгие годы, как это уже не раз случалось в истории науки. Именно тандем материаловедов МГУ, синтезировавших соединение, и физиков МФТИ, детально его изучивших, обеспечил успех разработки.
Время публикации: 04-07-2022 