科学家获得用于6G技术的磁性纳米粉

材料科学家已经开发出一种生产 epsilon 氧化铁的快速方法,并证明了其对下一代通信设备的前景。其出色的磁性使其成为最令人垂涎​​的材料之一,例如用于即将到来的 6G 代通信设备和耐用的磁记录。该工作发表在英国皇家化学学会期刊Journal of Materials Chemistry C 上。

铁氧化物(III)是地球上最常见的氧化物中的一种。它主要以矿物赤铁矿(或α氧化铁,α-Fe 2 O 3)的形式存在。另一种稳定且常见的变体是磁赤铁矿(或伽马变体,γ-Fe 2 O 3)。前者在工业上广泛用作红色颜料,后者用作磁记录介质。这两种变体不仅在晶体结构上不同(α-氧化铁具有六方同构,γ-氧化铁具有立方同构),而且磁性也不同。

除了这些形式的氧化铁 (III) 之外,还有更多奇特的修饰,例如 epsilon-、beta-、zeta- 甚至玻璃态。最吸引人的相是ε-氧化铁ε-Fe 2 O 3。这种改性具有极高的矫顽力(材料抵抗外部磁场的能力)。室温下强度达到20 kOe,可与基于昂贵稀土元素的磁体的参数相媲美。此外,该材料吸收电磁辐射在亚太赫兹频率范围(100-300 GHz)通过自然铁磁共振的作用。这种共振的频率是无线通信设备中材料使用的标准之一——4G标准使用兆赫,5G使用数十千兆赫兹。有计划将亚太赫兹范围用作第六代 (6G)无线技术的工作范围,该技术正准备从 2030 年代初开始积极引入我们的生活。

所得材料适用于在这些频率下生产转换单元或吸收器电路。例如,通过使用复合 ε-Fe 2 O 3纳米粉末,可以制造吸收电磁波的涂料,从而使房间免受外来信号的影响,并保护信号免受外界干扰。ε-Fe 2 O 3本身也可用于6G接收设备。

Epsilon 氧化铁是一种极其罕见且难以获得的氧化铁形式。今天,它的生产量非常小,整个过程需要长达一个月的时间。当然,这排除了它的广泛应用。该研究的作者开发了一种加速合成 epsilon 氧化铁的方法,能够将合成时间缩短到一天(也就是说,执行一个完整的周期快 30 倍以上!)并增加所得产品的数量. 该技术易于复制、价格低廉且易于在工业中实施,并且合成所需的材料——铁和硅——是地球上最丰富的元素之一。

“虽然epsilon-铁以纯的形式得到氧化物相比较前不久,在2004年,但迄今仍未发现工业应用由于其合成的复杂性,例如作为用于磁性记录介质。我们已设法简化技术相当不错,”博士 Evgeny Gorbachev 说。莫斯科国立大学材料科学系学生,该工作的第一作者。

成功应用具有破纪录特性的材料的关键是对其基本物理特性的研究。如果不深入研究,这些材料可能会被遗忘多年,这在科学史上不止一次发生过。正是莫斯科国立大学的材料科学家合成了这种化合物,而 MIPT 的物理学家对其进行了详细研究,这使得开发取得了成功。

“具有如此高铁磁共振频率的材料具有巨大的实际应用潜力。今天,太赫兹技术正在蓬勃发展:它是物联网,它是超快速通信,它是更狭窄的科学设备,它是下一代医疗技术。虽然去年非常流行的 5G 标准以数十 GHz 的频率运行,但我们的材料正在为更高的频率(数百 GHz)打开大门,这意味着我们已经在处理 6G 标准MIPT高级研究员Liudmila Alyabyeva博士说:“现在由工程师决定,我们很高兴与他们分享信息,并期待能够将6G手机握在手中。”太赫兹光谱实验室,进行太赫兹研究的地方。

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