Teadlased saavad 6-aastase magnetilise nanopulbriG-tehnoloogia
Newswise — Materjaliteadlased on välja töötanud kiire meetodi epsilon-raudoksiidi tootmiseks ja näidanud selle potentsiaali järgmise põlvkonna sideseadmete jaoks. Selle silmapaistvad magnetilised omadused teevad sellest ühe ihaldatuima materjali näiteks tulevaste 6G põlvkonna sideseadmete ja vastupidava magnetilise salvestuse jaoks. Töö avaldati Kuningliku Keemiaühingu ajakirjas Journal of Materials Chemistry C. Raudoksiid (III) on üks levinumaid oksiide Maal. Seda leidub enamasti mineraali hematiidina (või alfa-raudoksiidina, α-Fe2O3). Teine stabiilne ja levinud modifikatsioon on maghemiit (või gamma-modifikatsioon, γ-Fe2O3). Esimest kasutatakse tööstuses laialdaselt punase pigmendina ja teist magnetilise salvestuskeskkonnana. Need kaks modifikatsiooni erinevad mitte ainult kristallilise struktuuri (alfa-raudoksiidil on kuusnurkne süngoonia ja gamma-raudoksiidil kuubiline süngoonia), vaid ka magnetiliste omaduste poolest. Lisaks neile raud(III)oksiidi vormidele on olemas ka eksootilisemaid modifikatsioone, näiteks epsilon-, beeta-, dzeeta- ja isegi klaasjas. Kõige atraktiivsem faas on epsilon-raudoksiid, ε-Fe2O3. Sellel modifikatsioonil on äärmiselt suur koertsitiivsus (materjali võime seista vastu välisele magnetväljale). Tugevus ulatub toatemperatuuril 20 kOe-ni, mis on võrreldav kallitel haruldastel muldmetallidel põhinevate magnetite parameetritega. Lisaks neelab materjal elektromagnetilist kiirgust subterahertsi sagedusalas (100–300 GHz) loodusliku ferromagnetilise resonantsi mõjul. Sellise resonantsi sagedus on üks kriteerium materjalide kasutamiseks traadita sideseadmetes – 4G standard kasutab megahertse ja 5G kümneid gigahertse. Subterahertsi sagedust on plaanis kasutada tööpiirkonnana kuuenda põlvkonna (6G) traadita tehnoloogias, mida valmistatakse ette aktiivseks kasutuselevõtuks meie ellu alates 2030. aastate algusest. Saadud materjal sobib nendel sagedustel muundavate üksuste või neeldumisahelate tootmiseks. Näiteks komposiit-ε-Fe2O3 nanopulbrite abil on võimalik valmistada värve, mis neelavad elektromagnetlaineid ja seeläbi varjavad ruume kõrvaliste signaalide eest ning kaitsevad signaale väljastpoolt tuleva pealtkuulamise eest. ε-Fe2O3 ennast saab kasutada ka 6G vastuvõtuseadmetes. Epsilon-raudoksiid on äärmiselt haruldane ja keeruline raudoksiidi vorm. Tänapäeval toodetakse seda väga väikestes kogustes, kusjuures protsess ise võtab aega kuni kuu aega. See välistab muidugi selle laialdase kasutamise. Uuringu autorid töötasid välja meetodi epsilon-raudoksiidi kiirendatud sünteesiks, mis võimaldab sünteesiaega lühendada ühe päevani (st läbi viia täistsükli enam kui 30 korda kiiremini!) ja suurendada saadud toote kogust. Tehnikat on lihtne reprodutseerida, see on odav ja seda saab tööstuses hõlpsasti rakendada ning sünteesiks vajalikud materjalid – raud ja räni – on Maal ühed levinumad elemendid. „Kuigi epsilon-raudoksiidi faas saadi puhtal kujul suhteliselt kaua aega tagasi, 2004. aastal, pole see oma sünteesi keerukuse tõttu ikka veel tööstuslikku rakendust leidnud, näiteks magnetilise salvestuse keskkonnana. Oleme suutnud tehnoloogiat märkimisväärselt lihtsustada,“ ütleb Jevgeni Gorbatšov, Moskva Riikliku Ülikooli materjaliteaduste osakonna doktorant ja töö esimene autor. Rekordiliste omadustega materjalide eduka rakendamise võti peitub nende põhiliste füüsikaliste omaduste uurimises. Ilma põhjaliku uurimiseta võib materjal teenimatult aastateks unustusse vajuda, nagu teaduse ajaloos on juhtunud juba mitu korda. Edukaks arenduse tegid Moskva Riikliku Ülikooli materjaliteadlaste tandem, kes ühendi sünteesisid, ja MIPT-i füüsikud, kes seda üksikasjalikult uurisid.
Postituse aeg: 04.07.2022 