Ученые получили магнитный нанопорошок за 6 летТехнология G
Newswise — Ученые-материалисты разработали быстрый метод получения эпсилон-оксида железа и продемонстрировали его перспективность для устройств связи следующего поколения.Его выдающиеся магнитные свойства делают его одним из самых желанных материалов, например, для устройств связи будущего поколения 6G и для долговечной 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.Чаще всего он 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.Две модификации различаются не только кристаллической структурой (альфа-оксид железа имеет гексагональную сингонию, а гамма-оксид железа - кубическую сингонию), но и магнитными свойствами. Помимо этих форм оксида железа (III), существуют и более экзотические модификации, такие как эпсилон-, бета-, зета- и даже стекловидная.Наиболее привлекательной фазой является эпсилон-оксид железа ε-Fe2O3.Эта модификация обладает чрезвычайно высокой коэрцитивной силой (способностью материала сопротивляться 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 – 4G. стандарт использует мегагерцы, а 5G — десятки гигагерц.Есть планы 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 изготовления преобразовательных устройств или схем поглотителей на этих частотах.Например, с помощью композитных нанопорошков ε-Fe2O3 можно будет создавать краски, поглощающие электромагнитные волны и тем самым экранирующие помещения от посторонних сигналов, а также защищающие сигналы от перехвата извне.Сам ε-Fe2O3 также можно использовать в приемных устройствах 6G. Эпсилон-оксид железа — чрезвычайно редкая и трудная для получения форма оксида железа.Сегодня его производят в очень небольших количествах, а сам процесс занимает до месяца.Это, конечно, исключает его широкое применение.Авторы исследования разработали метод ускоренного синтеза эпсилон-оксида железа, способный сократить время синтеза до одних суток (то есть провести 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 материалы, необходимые для синтеза — железо и кремний — являются одними из самых распространенных элементов на Земле. «Хотя фаза эпсилон-оксида железа была получена в чистом виде сравнительно давно, в 2004 году, она до сих пор не нашла промышленного применения из-за сложности ее синтеза, например в качестве носителя для магнитной записи. Нам удалось упростить технологии значительно», — говорит Евгений Горбачев, аспирант кафедры материаловедения МГУ и первый автор работы. Залогом успешного применения материалов с рекордными характеристиками является исследование их фундаментальных физических свойств.Без углубленного изучения материал может быть незаслуженно забыт на многие годы, как это уже не раз случалось в истории науки.Именно тандем материаловедов МГУ, синтезировавших соединение, и физиков МФТИ, подробно его изучивших, обеспечил успех разработки.
Время публикации: 28 июня 2021 г.