Mokslininkai gauna magnetinius nanomiltelius už 6G technologija
„Newswise“ – Medžiagų mokslininkai sukūrė greitą epsilono geležies oksido gamybos metodą ir pademonstravo jo potencialą naujos kartos ryšio įrenginiams. Dėl išskirtinių magnetinių savybių jis yra viena geidžiamiausių medžiagų, pavyzdžiui, būsimuose 6G kartos ryšio įrenginiuose ir ilgalaikiam magnetiniam įrašymui. Darbas buvo paskelbtas Karališkosios chemijos draugijos žurnale „Journal of Materials Chemistry C“. Geležies oksidas (III) yra vienas iš labiausiai paplitusių oksidų Žemėje. Jis dažniausiai randamas kaip mineralas hematitas (arba alfa geležies oksidas, α-Fe2O3). Kita stabili ir įprasta modifikacija yra maghemitas (arba gama modifikacija, γ-Fe2O3). Pirmasis pramonėje plačiai naudojamas kaip raudonas pigmentas, o antrasis – kaip magnetinė įrašymo terpė. Šios dvi modifikacijos skiriasi ne tik kristaline struktūra (alfa geležies oksidas turi šešiakampę singoniją, o gama geležies oksidas – kubinę singoniją), bet ir magnetinėmis savybėmis. Be šių geležies (III) oksido formų, yra ir egzotiškesnių modifikacijų, tokių kaip epsilon-, beta-, zeta- ir net stiklinė. Patraukliausia fazė yra epsiloninis geležies oksidas, ε-Fe2O3. Ši modifikacija pasižymi itin didele koercyvine jėga (medžiagos gebėjimu atsispirti išoriniam magnetiniam laukui). Stipris kambario temperatūroje siekia 20 kOe, o tai palyginama su magnetų, pagamintų iš brangių retųjų žemių elementų, parametrais. Be to, medžiaga sugeria elektromagnetinę spinduliuotę subterahercų dažnių diapazone (100–300 GHz) dėl natūralaus feromagnetinio rezonanso. Tokio rezonanso dažnis yra vienas iš kriterijų, lemiančių medžiagų naudojimą belaidžio ryšio įrenginiuose – 4G standartas naudoja megahercus, o 5G – dešimtis gigahercų. Planuojama naudoti subterahercų diapazoną kaip darbinį diapazoną šeštosios kartos (6G) belaidėje technologijoje, kuri ruošiama aktyviam diegimui mūsų gyvenime nuo 2030-ųjų pradžios. Gauta medžiaga tinka konvertuojančių įrenginių arba absorbcinių grandinių gamybai šiais dažniais. Pavyzdžiui, naudojant sudėtinius ε-Fe2O3 nanomiltelius, bus galima pagaminti dažus, kurie sugeria elektromagnetines bangas ir tokiu būdu apsaugo patalpas nuo pašalinių signalų bei signalus nuo perėmimo iš išorės. Pats ε-Fe2O3 taip pat gali būti naudojamas 6G priėmimo įrenginiuose. Epsiloninis geležies oksidas yra itin reta ir sunkiai gaunama geležies oksido forma. Šiandien jis gaminamas labai mažais kiekiais, o pats procesas trunka iki mėnesio. Tai, žinoma, neleidžia jo plačiai taikyti. Tyrimo autoriai sukūrė pagreitintos epsiloninio geležies oksido sintezės metodą, galintį sutrumpinti sintezės laiką iki vienos dienos (tai yra, atlikti visą ciklą daugiau nei 30 kartų greičiau!) ir padidinti gauto produkto kiekį. Techniką paprasta atkurti, ji pigi ir lengvai pritaikoma pramonėje, o sintezei reikalingos medžiagos – geležis ir silicis – yra vieni gausiausių elementų Žemėje. „Nors epsilono-geležies oksido fazė gryna forma buvo gauta gana seniai, 2004 m., ji vis dar nerado pramoninio pritaikymo dėl sudėtingos sintezės, pavyzdžiui, kaip magnetinio įrašymo terpė. Mums pavyko gerokai supaprastinti technologiją“, – sako Jevgenijus Gorbačiovas, Maskvos valstybinio universiteto Medžiagų mokslo katedros doktorantas ir pirmasis šio darbo autorius. Rekordines savybes turinčių medžiagų sėkmingo pritaikymo raktas yra jų pagrindinių fizikinių savybių tyrimas. Be išsamių tyrimų medžiaga gali būti nepelnytai pamiršta daugelį metų, kaip mokslo istorijoje jau ne kartą nutiko. Sėkmę lėmė Maskvos valstybinio universiteto medžiagų mokslininkų, susintetinusių junginį, ir MIPT fizikų, kurie jį išsamiai ištyrė, tandemas.
Įrašo laikas: 2022 m. liepos 4 d. 