Materiaalwetenschappers hebben een snelle methode ontwikkeld om epsilon-ijzeroxide te produceren en hebben de belofte ervan voor communicatieapparatuur van de volgende generatie aangetoond. Zijn uitstekende magnetische eigenschappen maken het een van de meest begeerde materialen, zoals voor de komende 6G-generatie communicatieapparatuur en voor duurzame magnetische opnames. Het werk werd gepubliceerd in de Journal of Materials Chemistry C , een tijdschrift van de Royal Society of Chemistry.

IJzeroxide (III) is een van de meest voorkomende oxiden op aarde. Het wordt meestal gevonden als het mineraal hematiet (of alfa-ijzeroxide, α-Fe ₂ O ₃ ). Een andere stabiele en veel voorkomende modificatie is maghemiet (of gamma-modificatie, γ-Fe ₂ O ₃ ). De eerste wordt in de industrie veel gebruikt als rood pigment, en de laatste als een magnetisch opnamemedium. De twee modificaties verschillen niet alleen in kristallijne structuur (alfa-ijzeroxide heeft hexagonale syngonie en gamma-ijzeroxide heeft kubische syngonie), maar ook in magnetische eigenschappen.

Naast deze vormen van ijzeroxide (III), er zijn meer exotische modificaties zoals epsilon-, beta-, zeta-, en zelfs glazig. De meest aantrekkelijke fase is epsilon ijzeroxide, ε-Fe ₂ O ₃ . Deze modificatie heeft een extreem hoge coërcitiekracht (het vermogen van het materiaal om een ​​extern magnetisch veld te weerstaan). De sterkte bereikt 20 kOe bij kamertemperatuur, wat vergelijkbaar is met de parameters van magneten op basis van dure zeldzame-aarde-elementen. Verder, het materiaal absorbeert elektromagnetische straling in het sub-terahertz-frequentiebereik (100-300 GHz) door het effect van natuurlijke ferromagnetische resonantie. De frequentie van dergelijke resonantie is een van de criteria voor het gebruik van materialen in draadloze communicatieapparatuur - de 4G-standaard gebruikt megahertz en 5G gebruiken tientallen gigahertz. Er zijn plannen om het sub-terahertz-bereik te gebruiken als werkbereik in de zesde generatie (6G) draadloze technologie, die wordt voorbereid voor actieve introductie in ons leven vanaf het begin van de jaren 2030.

Het resulterende materiaal is geschikt voor de productie van conversie-eenheden of absorbercircuits bij deze frequenties. Bijvoorbeeld, door composiet ε-Fe . te gebruiken ₂ O ₃ nanopoeders zal het mogelijk zijn om verven te maken die elektromagnetische golven absorberen en zo kamers beschermen tegen externe signalen, en signalen beschermen tegen onderschepping van buitenaf. De ε-Fe ₂ O ₃ zelf kan ook worden gebruikt in 6G-ontvangstapparaten.

Epsilon-ijzeroxide is een uiterst zeldzame en moeilijk te verkrijgen vorm van ijzeroxide. Vandaag, het wordt in zeer kleine hoeveelheden geproduceerd, met het proces zelf duurt tot een maand. Dit, natuurlijk, sluit de wijdverbreide toepassing ervan uit. De auteurs van de studie ontwikkelden een methode voor een versnelde synthese van epsilon-ijzeroxide die in staat is de synthesetijd tot één dag te verkorten (dat wil zeggen, om een ​​volledige cyclus van meer dan 30 keer sneller uit te voeren!) en de hoeveelheid van het resulterende product te vergroten. De techniek is eenvoudig te reproduceren, goedkoop en gemakkelijk toepasbaar in de industrie, en de materialen die nodig zijn voor de synthese - ijzer en silicium - behoren tot de meest voorkomende elementen op aarde.

"Hoewel de epsilon-ijzeroxidefase relatief lang geleden in zuivere vorm werd verkregen, in 2004, het heeft nog steeds geen industriële toepassing gevonden vanwege de complexiteit van de synthese, bijvoorbeeld als medium voor magnetische opname. We zijn erin geslaagd de technologie aanzienlijk te vereenvoudigen, " zegt Jevgeny Gorbatsjov, een doctoraat student in de afdeling Materiaalwetenschappen aan de Staatsuniversiteit van Moskou en de eerste auteur van het werk.

De sleutel tot succesvolle toepassing van materialen met recordbrekende eigenschappen is onderzoek naar hun fundamentele fysische eigenschappen. Zonder diepgaande studie, het materiaal kan jarenlang onterecht worden vergeten, zoals meer dan eens is gebeurd in de geschiedenis van de wetenschap. Het was de tandem van materiaalwetenschappers aan de Staatsuniversiteit van Moskou, die de verbinding heeft gesynthetiseerd, en natuurkundigen bij MIPT, die het in detail heeft bestudeerd, dat maakte de ontwikkeling tot een succes.

"Materialen met zulke hoge ferromagnetische resonantiefrequenties hebben een enorm potentieel voor praktische toepassingen. terahertz-technologie is booming:het is het internet der dingen, het is ultrasnelle communicatie, het zijn meer enger gerichte wetenschappelijke apparaten, en het is medische technologie van de volgende generatie. Terwijl de 5G-standaard, die vorig jaar erg populair was, werkt op frequenties in de tientallen gigahertz, onze materialen openen de deur naar aanzienlijk hogere frequenties (honderden gigahertz), wat betekent dat we al te maken hebben met 6G-normen en hoger. Nu is het aan de ingenieurs, we delen de informatie graag met hen en kijken ernaar uit om een ​​6G-telefoon in onze handen te kunnen houden, " zegt Dr. Liudmila Alyabyeva, doctoraat, senior onderzoeker bij het MIPT Laboratorium voor Terahertz Spectroscopie, waar het terahertz-onderzoek werd uitgevoerd.