Gli scienziati ottengono nanopolveri magnetiche per 6Tecnologia G
Newswise — Gli scienziati dei materiali hanno sviluppato un metodo rapido per produrre ossido di ferro epsilon e ne hanno dimostrato le potenzialità per i dispositivi di comunicazione di prossima generazione. Le sue eccezionali proprietà magnetiche lo rendono uno dei materiali più ambiti, ad esempio per la prossima generazione di dispositivi di comunicazione 6G e per la registrazione magnetica durevole. Il lavoro è stato pubblicato sul Journal of Materials Chemistry C, una rivista della Royal Society of Chemistry. L'ossido di ferro (III) è uno degli ossidi più diffusi sulla Terra. Si trova principalmente sotto forma di ematite (o ossido di ferro alfa, α-Fe₂O₂). Un'altra modifica stabile e comune è la maghemite (o modificazione gamma, γ-Fe₂O₂). La prima è ampiamente utilizzata nell'industria come pigmento rosso, e la seconda come supporto di registrazione magnetica. Le due modificazioni differiscono non solo nella struttura cristallina (l'ossido di ferro alfa ha singonia esagonale e l'ossido di ferro gamma ha singonia cubica), ma anche nelle proprietà magnetiche. Oltre a queste forme di ossido di ferro (III), esistono modificazioni più particolari come epsilon, beta, zeta e persino vetrose. La fase più interessante è l'ossido di ferro epsilon, ε-Fe₂O₂. Questa modificazione possiede una forza coercitiva (la capacità del materiale di resistere a un campo magnetico esterno) estremamente elevata. La forza raggiunge i 20 kOe a temperatura ambiente, un valore paragonabile ai parametri dei magneti basati su costosi elementi delle terre rare. Inoltre, il materiale assorbe le radiazioni elettromagnetiche nella gamma di frequenza sub-terahertz (100-300 GHz) attraverso l'effetto della risonanza ferromagnetica naturale. La frequenza di tale risonanza è uno dei criteri per l'utilizzo dei materiali nei dispositivi di comunicazione wireless: lo standard 4G utilizza i megahertz e il 5G utilizza decine di gigahertz. Si progetta di utilizzare la gamma sub-terahertz come intervallo di lavoro nella tecnologia wireless di sesta generazione (6G), la cui introduzione attiva nelle nostre vite è prevista all'inizio degli anni 2030. Il materiale risultante è adatto alla produzione di unità di conversione o circuiti assorbitori a queste frequenze. Ad esempio, utilizzando nanopolveri composite di ε-Fe₂O₂ sarà possibile realizzare vernici che assorbono le onde elettromagnetiche, schermando così gli ambienti dai segnali estranei e proteggendo i segnali dalle intercettazioni esterne. L'ε-Fe₂O₂ stesso può essere utilizzato anche nei dispositivi di ricezione 6G. L'ossido di ferro epsilon è una forma di ossido di ferro estremamente rara e difficile da ottenere. Oggi viene prodotto in quantità molto ridotte, con il processo che richiede fino a un mese. Questo, ovviamente, ne esclude l'applicazione su larga scala. 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, di completare un ciclo completo a una velocità oltre 30 volte superiore!) e di aumentare la quantità del prodotto risultante. La tecnica è semplice da riprodurre, economica e facilmente implementabile a livello industriale, e i materiali necessari per la sintesi – ferro e silicio – sono tra gli elementi più abbondanti sulla Terra. "Sebbene la fase di ossido di ferro epsilon sia stata ottenuta in forma pura relativamente tempo fa, nel 2004, non ha ancora trovato applicazione industriale a causa della complessità della sua sintesi, ad esempio come mezzo per la registrazione magnetica. Siamo riusciti a semplificare notevolmente la tecnologia", afferma Evgeny Gorbachev, dottorando presso il Dipartimento di Scienze dei Materiali dell'Università Statale di Mosca e primo autore del lavoro. 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 rischia di essere ingiustamente dimenticato per molti anni, come è già accaduto più di una volta nella storia della scienza. È stato il tandem di scienziati dei materiali dell'Università Statale di Mosca, che hanno sintetizzato il composto, e di fisici del MIPT, che lo hanno studiato in dettaglio, a decretare il successo di questo sviluppo.
Data di pubblicazione: 04-07-2022 