Gli scienziati ottengono nanopolvere magnetica per 6Tecnologia G
Newswise – Gli scienziati dei materiali hanno sviluppato un metodo veloce 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, 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, rivista della Royal Society of Chemistry. L'ossido di ferro (III) è uno degli ossidi più diffusi sulla Terra. Si trova principalmente come minerale ematite (o ossido di ferro alfa, α-Fe2O3). Un'altra modifica stabile e comune è la maghemite (o modificazione gamma, γ-Fe2O3). Il primo è ampiamente utilizzato nell'industria come pigmento rosso e il secondo come supporto di registrazione magnetica. Le due modifiche 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), ci sono modifiche più esotiche come epsilon-, beta-, zeta- e persino vetroso. La fase più attraente è l'ossido di ferro epsilon, ε-Fe2O3. 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 delle terre rare. Inoltre, il materiale assorbe la radiazione elettromagnetica nella gamma di frequenza inferiore a 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: il 4G lo standard utilizza megahertz e il 5G utilizza decine di gigahertz. Si prevede di utilizzare la gamma inferiore ai terahertz come campo di lavoro nella tecnologia wireless di sesta generazione (6G), che si sta preparando per l’introduzione attiva nelle nostre vite a partire dall’inizio degli anni ’30. Il materiale risultante è adatto per la produzione di unità di conversione o circuiti assorbitori a queste frequenze. Ad esempio, utilizzando nanopolveri composite ε-Fe2O3 sarà possibile realizzare vernici che assorbono le onde elettromagnetiche e quindi schermano gli ambienti da segnali estranei e proteggono i segnali dall'intercettazione dall'esterno. Lo stesso ε-Fe2O3 può essere utilizzato anche nei dispositivi di ricezione 6G. L'ossido di ferro Epsilon è una forma estremamente rara e difficile da ottenere. Oggi viene prodotto in quantità molto piccole e il processo stesso richiede fino a un mese. Ciò, ovviamente, ne esclude un’applicazione diffusa. Gli autori dello studio hanno sviluppato un metodo per la sintesi accelerata dell'ossido di ferro epsilon in grado di ridurre i tempi di sintesi a un giorno (ovvero di effettuare un ciclo completo oltre 30 volte più velocemente!) e di aumentare la quantità del prodotto risultante . La tecnica è semplice da riprodurre, economica e può essere facilmente implementata nell’industria, 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 molto tempo fa, nel 2004, a causa della complessità della sua sintesi non ha ancora trovato applicazione industriale, 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 un’applicazione efficace di materiali con caratteristiche da record è la ricerca sulle loro proprietà fisiche fondamentali. Senza uno studio approfondito, il materiale potrebbe essere immeritatamente dimenticato per molti anni, come è 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 rendere lo sviluppo un successo.
Orario di pubblicazione: 04-lug-2022 