A tudósok 6 dollárért mágneses nanoport szereztek beG-technológia
Newswise — Anyagtudósok kifejlesztettek egy gyors módszert az epszilon vas-oxid előállítására, és bebizonyították, hogy ígéretes a következő generációs kommunikációs eszközök számára. Kiemelkedő mágneses tulajdonságai teszik az egyik legkeresettebb anyaggá, például a közelgő 6G-s kommunikációs eszközökben és a tartós mágneses rögzítésben. A munka a Royal Society of Chemistry folyóiratában, a Journal of Materials Chemistry C című folyóiratban jelent meg. A vas(III)-oxid az egyik legelterjedtebb oxid a Földön. Leginkább hematit (vagy alfa-vas-oxid, α-Fe2O3) ásványként fordul elő. Egy másik stabil és gyakori módosulat a maghemit (vagy gamma-módosulat, γ-Fe2O3). Az előbbit széles körben használják az iparban vörös pigmentként, az utóbbit pedig mágneses rögzítőközegként. A két módosulat nemcsak kristályos szerkezetében (az alfa-vas-oxid hexagonális, a gamma-vas-oxid pedig köbös szingóniumú) különbözik, hanem mágneses tulajdonságaiban is. A vas(III)-oxid ezen formái mellett egzotikusabb módosulatok is léteznek, mint például az epszilon-, béta-, zeta- és akár az üveges fázis is. A legvonzóbb fázis az epszilon vas-oxid, ε-Fe2O3. Ennek a módosulatnak rendkívül nagy a koercitív ereje (az anyag azon képessége, hogy ellenálljon a külső mágneses térnek). Az erőssége szobahőmérsékleten eléri a 20 kOe-t, ami összehasonlítható a drága ritkaföldfémeken alapuló mágnesek paramétereivel. Továbbá az anyag a természetes ferromágneses rezonancia hatására elnyeli az elektromágneses sugárzást a terahertzes alatti frekvenciatartományban (100-300 GHz). Az ilyen rezonancia frekvenciája az egyik kritérium az anyagok vezeték nélküli kommunikációs eszközökben való felhasználásához – a 4G szabvány megahertzet, az 5G pedig több tíz gigahertzet használ. Tervezik, hogy a terahertzes alatti tartományt munkatartományként használják a hatodik generációs (6G) vezeték nélküli technológiában, amelynek aktív bevezetésére a 2030-as évek elejétől készülnek. A kapott anyag alkalmas átalakító egységek vagy elnyelő áramkörök gyártására ezeken a frekvenciákon. Például kompozit ε-Fe2O3 nanoporok felhasználásával olyan festékek készíthetők, amelyek elnyelik az elektromágneses hullámokat, és így árnyékolják a helyiségeket a külső jelektől, valamint védik a jeleket a kívülről érkező lehallgatástól. Maga az ε-Fe2O3 6G vételi eszközökben is használható. Az epszilon vas-oxid rendkívül ritka és nehezen előállítható vas-oxid. Manapság nagyon kis mennyiségben állítják elő, maga a folyamat akár egy hónapig is eltarthat. Ez természetesen kizárja széles körű alkalmazását. A tanulmány szerzői kidolgoztak egy módszert az epszilon vas-oxid gyorsított szintézisére, amely képes egy napra csökkenteni a szintézis idejét (azaz egy teljes ciklust több mint 30-szor gyorsabban lebonyolítani!), és növelni a kapott termék mennyiségét. A technika egyszerűen reprodukálható, olcsó és könnyen alkalmazható az iparban, a szintézishez szükséges anyagok – a vas és a szilícium – pedig a Földön leggyakoribb elemek közé tartoznak. „Bár az epszilon-vas-oxid fázist viszonylag régen, 2004-ben tiszta formában állították elő, szintézisének bonyolultsága miatt még mindig nem talált ipari alkalmazásra, például mágneses rögzítéshez használt közegként. Jelentősen egyszerűsítettük a technológiát” – mondja Jevgenyij Gorbacsov, a Moszkvai Állami Egyetem Anyagtudományi Tanszékének PhD-hallgatója és a munka első szerzője. A rekorddöntő tulajdonságokkal rendelkező anyagok sikeres alkalmazásának kulcsa az alapvető fizikai tulajdonságaik kutatása. Alapos vizsgálat nélkül az anyag méltatlanul hosszú évekre feledésbe merülhet, ahogy az a tudomány történetében már többször is megtörtént. A Moszkvai Állami Egyetem anyagtudósainak, akik szintetizálták a vegyületet, és az MIPT fizikusainak, akik részletesen tanulmányozták azt, párosa tette sikeressé a fejlesztést.
Közzététel ideje: 2022. július 4. 