מדענים השיגו ננו-אבקה מגנטית למשך 6 שניםטכנולוגיית G
מדעני חומרים פיתחו שיטה מהירה לייצור תחמוצת ברזל אפסילון והדגימו את הפוטנציאל שלה עבור מכשירי תקשורת מהדור הבא. התכונות המגנטיות המצוינות שלו הופכות אותו לאחד החומרים הנחשקים ביותר, כמו עבור דור 6G הקרוב של מכשירי תקשורת ולרישום מגנטי עמיד. העבודה פורסמה בכתב העת Journal of Materials Chemistry C, כתב עת של האגודה המלכותית לכימיה. תחמוצת ברזל (III) היא אחת התחמוצות הנפוצות ביותר על פני כדור הארץ. היא נמצאת בעיקר כמינרל המטיט (או תחמוצת ברזל אלפא, α-Fe2O3). מודיפיקציה יציבה ונפוצה נוספת היא מגהמיט (או מודיפיקציה גמא, γ-Fe2O3). הראשונה נמצאת בשימוש נרחב בתעשייה כפיגמנט אדום, והשנייה כמדיום הקלטה מגנטי. שתי המודיפיקציות נבדלות לא רק במבנה הגבישי (לתחמוצת ברזל אלפא יש סינגוניה משושה ולתחמוצת ברזל גמא יש סינגוניה קובית) אלא גם בתכונות המגנטיות. בנוסף לצורות אלו של תחמוצת ברזל (III), קיימות שינויים אקזוטיים יותר כגון אפסילון, בטא, זטה ואפילו זכוכיתי. הפאזה האטרקטיבית ביותר היא תחמוצת ברזל אפסילון, ε-Fe2O3. לשינוי זה יש כוח כפייה גבוה במיוחד (יכולת החומר להתנגד לשדה מגנטי חיצוני). העוצמה מגיעה ל-20 kOe בטמפרטורת החדר, נתון דומה לפרמטרים של מגנטים המבוססים על יסודות אדמה נדירים יקרים. יתר על כן, החומר סופג קרינה אלקטרומגנטית בטווח תדרים של פחות מטרה-הרץ (100-300 גיגה-הרץ) באמצעות השפעת תהודה פרומגנטית טבעית. תדירות התהודה היא אחד הקריטריונים לשימוש בחומרים במכשירי תקשורת אלחוטיים - תקן 4G משתמש במגה-הרץ ו-5G משתמש בעשרות גיגה-הרץ. ישנן תוכניות להשתמש בטווח של פחות מטרה-הרץ כטווח עבודה בטכנולוגיית האלחוט מהדור השישי (6G), אשר מוכנה להכנסה פעילה לחיינו מתחילת שנות ה-2030. החומר המתקבל מתאים לייצור יחידות המרה או מעגלי ספיגה בתדרים אלה. לדוגמה, באמצעות ננו-אבקה מרוכבת של ε-Fe2O3 ניתן יהיה לייצר צבעים הבולעים גלים אלקטרומגנטיים ובכך מגנים על חדרים מפני אותות חיצוניים, ומגנים על אותות מפני יירוט מבחוץ. ניתן להשתמש ב-ε-Fe2O3 עצמו גם במכשירי קליטה 6G. תחמוצת ברזל אפסילון היא צורה נדירה ביותר וקשה להשגה של תחמוצת ברזל. כיום, היא מיוצרת בכמויות קטנות מאוד, כאשר התהליך עצמו אורך עד חודש. דבר זה, כמובן, שולל את יישומה הנרחב. מחברי המחקר פיתחו שיטה לסינתזה מואצת של תחמוצת ברזל אפסילון המסוגלת להפחית את זמן הסינתזה ליום אחד (כלומר, לבצע מחזור מלא מהר יותר מפי 30!) ולהגדיל את כמות התוצר המתקבל. הטכניקה פשוטה לשחזור, זולה וניתנת ליישום בקלות בתעשייה, והחומרים הנדרשים לסינתזה - ברזל וסיליקון - הם בין היסודות הנפוצים ביותר על פני כדור הארץ. "למרות שפאזה של אפסילון-תחמוצת ברזל הושגה בצורה טהורה לפני זמן רב יחסית, בשנת 2004, היא עדיין לא מצאה יישום תעשייתי עקב מורכבות הסינתזה שלה, למשל כמדיום להקלטה מגנטית. הצלחנו לפשט את הטכנולוגיה במידה ניכרת", אומר יבגני גורבצ'וב, דוקטורנט במחלקה למדעי החומרים באוניברסיטת מוסקבה והמחבר הראשון של העבודה. המפתח ליישום מוצלח של חומרים בעלי מאפיינים שוברי שיאים הוא מחקר על התכונות הפיזיקליות הבסיסיות שלהם. ללא מחקר מעמיק, החומר עלול להישכח ללא הועיל במשך שנים רבות, כפי שקרה יותר מפעם אחת בהיסטוריה של המדע. שיתוף הפעולה של מדעני חומרים באוניברסיטת מוסקבה, שסינתזו את התרכובת, ופיזיקאים ב-MIPT, שחקרו אותה בפירוט, הוא שהביא את הפיתוח להצלחה.
זמן פרסום: 04 יולי 2022 