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Gli scienziati dei materiali hanno sviluppato un metodo rapido per produrre ossido di ferro epsilon e hanno dimostrato la sua promessa per i dispositivi di comunicazione di prossima generazione. Le sue eccezionali proprietà magnetiche lo rendono uno dei materiali più ambiti, come per la prossima generazione di dispositivi di comunicazione 6G e per la registrazione magnetica durevole. L'opera è stata pubblicata su Journal of Materials Chemistry C , un giornale della Royal Society of Chemistry.
L'ossido di ferro (III) è uno degli ossidi più diffusi sulla Terra. Si trova principalmente come il minerale ematite (o ossido di ferro alfa, α-Fe 2 oh 3 ). Un'altra modifica stabile e comune è la maghemite (o modifica gamma, -Fe 2 oh 3 ). Il primo è ampiamente utilizzato nell'industria come pigmento rosso, e il secondo come supporto magnetico di registrazione. Le due modificazioni differiscono non solo nella struttura cristallina (l'ossido di ferro alfa ha sigonia esagonale e l'ossido di ferro gamma ha sigonia cubica) ma anche nelle proprietà magnetiche.
Oltre a queste forme di ossido di ferro (III), ci sono modifiche più esotiche come epsilon-, beta-, zeta-, e anche vetroso. La fase più attraente è l'ossido di ferro epsilon, -Fe 2 oh 3 . Questa modifica ha una forza coercitiva estremamente elevata (la capacità del materiale di resistere a un campo magnetico esterno). La forza raggiunge i 20 kOe a temperatura ambiente, che è paragonabile ai parametri dei magneti basati su costosi elementi di terre rare. Per di più, il materiale assorbe le radiazioni elettromagnetiche nella gamma di frequenze sub-terahertz (100-300 GHz) per effetto della risonanza ferromagnetica naturale. La frequenza di tale risonanza è uno dei criteri per l'uso dei materiali nei dispositivi di comunicazione wireless:lo standard 4G utilizza megahertz e il 5G utilizza decine di gigahertz. Ci sono piani per utilizzare la gamma sub-terahertz come raggio di lavoro nella tecnologia wireless di sesta generazione (6G), che si sta preparando per l'introduzione attiva nella nostra vita dai primi anni '30.
Il materiale risultante è adatto alla produzione di unità di conversione o circuiti assorbitori a queste frequenze. Per esempio, utilizzando il composto ε-Fe 2 oh 3 nanopolveri sarà possibile realizzare vernici che assorbono le onde elettromagnetiche e quindi schermano gli ambienti da segnali estranei, e proteggere i segnali dall'intercettazione dall'esterno. Il ε-Fe 2 oh 3 stesso può essere utilizzato anche nei dispositivi di ricezione 6G.
L'ossido di ferro Epsilon è una forma estremamente rara e difficile da ottenere. Oggi, è prodotto in piccolissime quantità, con il processo stesso che richiede fino a un mese. Questo, Certo, esclude la sua applicazione diffusa. Gli autori dello studio hanno sviluppato un metodo per la sintesi accelerata dell'ossido di ferro epsilon in grado di ridurre il tempo di sintesi a un giorno (ovvero, per eseguire un ciclo completo di oltre 30 volte più veloce!) e aumentando la quantità del prodotto risultante. La tecnica è semplice da riprodurre, economico e facilmente implementabile nell'industria, ei materiali necessari per la sintesi, ferro e silicio, sono tra gli elementi più abbondanti sulla Terra.
"Sebbene la fase epsilon-ossido di ferro sia stata ottenuta in forma pura relativamente tempo fa, nel 2004, non ha ancora trovato applicazione industriale per la complessità della sua sintesi, ad esempio come supporto per la registrazione magnetica. Siamo riusciti a semplificare notevolmente la tecnologia, "dice Evgenij Gorbaciov, un dottorato di ricerca studente del Dipartimento di Scienze dei Materiali dell'Università Statale di Mosca e primo autore dell'opera.
La chiave per l'applicazione di successo di materiali con caratteristiche da record è la ricerca sulle loro proprietà fisiche fondamentali. Senza uno studio approfondito, il materiale può essere immeritatamente dimenticato per molti anni, come è accaduto più di una volta nella storia della scienza. Era il tandem di scienziati dei materiali dell'Università statale di Mosca, che ha sintetizzato il composto, e fisici al MIPT, che lo ha studiato in dettaglio, che ha reso lo sviluppo un successo.
"I materiali con frequenze di risonanza ferromagnetica così elevate hanno un enorme potenziale per applicazioni pratiche. Oggi, La tecnologia terahertz è in piena espansione:è l'Internet delle cose, sono comunicazioni ultraveloci, si tratta di dispositivi scientifici più strettamente focalizzati, ed è la tecnologia medica di nuova generazione. Mentre lo standard 5G, che era molto popolare l'anno scorso, opera a frequenze nell'ordine delle decine di gigahertz, i nostri materiali stanno aprendo le porte a frequenze notevolmente più alte (centinaia di gigahertz), il che significa che abbiamo già a che fare con standard 6G e superiori. Ora tocca agli ingegneri, siamo felici di condividere le informazioni con loro e non vediamo l'ora di poter tenere in mano un telefono 6G, " dice la dottoressa Liudmila Alyabyeva, dottorato di ricerca, ricercatore senior presso il Laboratorio MIPT di Spettroscopia Terahertz, dove è stata condotta la ricerca sui terahertz.
