Forskere finder magnetisk nanopulver til 6G-teknologi
Newswise — Materialeforskere har udviklet en hurtig metode til at producere epsilon jernoxid og demonstreret dens potentiale for næste generations kommunikationsenheder. Dens enestående magnetiske egenskaber gør det til et af de mest eftertragtede materialer, f.eks. til den kommende 6G-generation af kommunikationsenheder og til holdbar magnetisk optagelse. Arbejdet blev offentliggjort i Journal of Materials Chemistry C, et tidsskrift fra Royal Society of Chemistry. Jernoxid (III) er et af de mest udbredte oxider på Jorden. Det findes mest som mineralet hæmatit (eller alfajernoxid, α-Fe₂O₃). En anden stabil og almindelig modifikation er maghemit (eller gammamodifikation, γ-Fe₂O₃). Førstnævnte anvendes i vid udstrækning i industrien som et rødt pigment, og sidstnævnte som et magnetisk optagelsesmedium. De to modifikationer adskiller sig ikke kun i krystallinsk struktur (alfajernoxid har hexagonal syngoni, og gammajernoxid har kubisk syngoni), men også i magnetiske egenskaber. Ud over disse former for jernoxid (III) findes der mere eksotiske modifikationer såsom epsilon-, beta-, zeta- og endda glasagtig. Den mest attraktive fase er epsilon-jernoxid, ε-Fe2O3. Denne modifikation har en ekstremt høj koercitiv kraft (materialets evne til at modstå et eksternt magnetfelt). Styrken når 20 kOe ved stuetemperatur, hvilket kan sammenlignes med parametrene for magneter baseret på dyre sjældne jordarter. Desuden absorberer materialet elektromagnetisk stråling i frekvensområdet sub-terahertz (100-300 GHz) gennem effekten af naturlig ferromagnetisk resonans. Frekvensen af en sådan resonans er et af kriterierne for brugen af materialer i trådløse kommunikationsenheder – 4G-standarden bruger megahertz, og 5G bruger tiere af gigahertz. Der er planer om at bruge sub-terahertz-området som arbejdsområde i den sjette generation (6G) trådløse teknologi, som forberedes til aktiv introduktion i vores liv fra begyndelsen af 2030'erne. Det resulterende materiale er egnet til produktion af konverteringsenheder eller absorberkredsløb ved disse frekvenser. For eksempel vil det ved at bruge komposit ε-Fe2O3 nanopulver være muligt at fremstille malinger, der absorberer elektromagnetiske bølger og dermed beskytter rum mod fremmede signaler og beskytter signaler mod aflytning udefra. Selve ε-Fe2O3 kan også bruges i 6G-modtagerenheder. Epsilon jernoxid er en ekstremt sjælden og vanskelig form for jernoxid at fremskaffe. I dag produceres det i meget små mængder, hvor selve processen tager op til en måned. Dette udelukker naturligvis dens udbredte anvendelse. Forfatterne af undersøgelsen udviklede en metode til accelereret syntese af epsilon jernoxid, der er i stand til at reducere syntesetiden til én dag (dvs. at udføre en fuld cyklus mere end 30 gange hurtigere!) og øge mængden af det resulterende produkt. Teknikken er enkel at reproducere, billig og kan let implementeres i industrien, og de materialer, der kræves til syntesen - jern og silicium - er blandt de mest udbredte grundstoffer på Jorden. "Selvom epsilon-jernoxidfasen blev fremstillet i ren form for relativt længe siden, i 2004, har den stadig ikke fundet industriel anvendelse på grund af kompleksiteten af dens syntese, for eksempel som et medie til magnetisk optagelse. Vi har formået at forenkle teknologien betydeligt," siger Evgeny Gorbatjov, ph.d.-studerende ved Institut for Materialevidenskab ved Moskvas Statsuniversitet og førsteforfatter af arbejdet. Nøglen til succesfuld anvendelse af materialer med rekordbrydende egenskaber er forskning i deres grundlæggende fysiske egenskaber. Uden dybdegående undersøgelse kan materialet blive ufortjent glemt i mange år, som det er sket mere end én gang i videnskabens historie. Det var et samarbejde mellem materialeforskere ved Moskva Statsuniversitet, der syntetiserede forbindelsen, og fysikere ved MIPT, der studerede den i detaljer, der gjorde udviklingen til en succes.
Opslagstidspunkt: 4. juli 2022 